WO2023191123A1 - 의료영상장비를 이용한 실시간 생검용 생검침조작로봇장치 - Google Patents

의료영상장비를 이용한 실시간 생검용 생검침조작로봇장치 Download PDF

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WO2023191123A1
WO2023191123A1 PCT/KR2022/004396 KR2022004396W WO2023191123A1 WO 2023191123 A1 WO2023191123 A1 WO 2023191123A1 KR 2022004396 W KR2022004396 W KR 2022004396W WO 2023191123 A1 WO2023191123 A1 WO 2023191123A1
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WO
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needle
biopsy
module
external
coupled
Prior art date
Application number
PCT/KR2022/004396
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English (en)
French (fr)
Inventor
조영호
이선옥
박병준
강한성
윤재현
Original Assignee
주식회사 큐어인
국립암센터
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Publication date
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B10/00—Other methods or instruments for diagnosis, e.g. instruments for taking a cell sample, for biopsy, for vaccination diagnosis; Sex determination; Ovulation-period determination; Throat striking implements
    • A61B10/02—Instruments for taking cell samples or for biopsy
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/34—Trocars; Puncturing needles
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/30—Surgical robots

Definitions

  • the present invention relates to a biopsy needle manipulation robot device, and more specifically, to a biopsy needle manipulation device that manipulates the biopsy needle module to accurately insert the biopsy needle into the patient's biopsy site while checking the patient's biopsy site in real time through images in medical imaging equipment. It is about robotic devices.
  • Biopsy is a type of test in which a hollow needle is inserted into an organ in a living body without incising the skin to collect a portion of tissue for histopathological examination.
  • Biopsy is a preoperative examination of areas suspected of having a tumor using ultrasound, computed tomography (CT), or magnetic resonance imaging (MRI) during the initial diagnosis of cancer. A biopsy is performed based on the image.
  • CT computed tomography
  • MRI magnetic resonance imaging
  • the space inside the gantry of the medical imaging equipment where the patient is located is generally narrow, and a typical biopsy needle is long and straight and takes up a lot of space, so the medical imaging equipment's There is a problem that it is difficult to enter the needle into the patient's tissue inside the cramped gantry.
  • the disclosed “bending needle device and real-time biopsy robot system using the same” uses a robot control unit to move a bendable needle device to the side of the bed where the patient is lying prone, allowing the operator to check the image inside the gantry and apply the needle. After inserting the device into the biopsy site, a tissue sample can be biopsied.
  • Figure 1 is an example of a breast image captured by medical imaging equipment. As shown, the target positions (T, T1, T2) for collecting sample tissue from the breast, which is the biopsy site (M), are located in various locations.
  • the disclosed conventional biopsy robot system places a fixing frame 20 for fixing the area to be biopsied on the side of the breast while the patient is lying face down. Then, the needle 31 of the curved needle device 30 is inserted into the biopsy site using the robot end effector 40.
  • the conventional biopsy robot system was operated from a distance by the operator using navigation, so there was a limitation that it was difficult to accurately insert the needle 31 of the curved needle device 30 into various target positions. That is, there was a limitation in that it was difficult to accurately adjust the curved needle device 30 in the horizontal direction and vertical position with respect to the bed 11.
  • the purpose of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and is a biopsy needle manipulation robot device that can manipulate the position of the biopsy needle module so that the sample tissue can be biopsied by accurately inserting the biopsy needle module into the biopsy target position within the biopsy site. is to provide.
  • Another object of the present invention is to provide a biopsy needle manipulation robot device that can be used interchangeably with various types of medical imaging equipment.
  • the object of the present invention described above can be achieved by a biopsy needle manipulation robot device that manipulates the biopsy needle module to insert the needle portion of the biopsy needle module into the biopsy site of a patient lying on a bed for medical imaging equipment and biopsy the sample tissue.
  • the needle portion 110 of the biopsy needle module 100 is provided with an outer needle 111 and an inner needle 113 overlapping each other, and the rear end of the inner needle 113 It includes an internal needle fixing rib 114 fixedly coupled to and an external needle fixing rib 112 provided in front of the internal needle fixing rib 114 and fixedly coupled to the rear end of the external needle 111, It is provided on the side of the bed 11, and the internal needle fixing rib 114 and the external needle fixing rib 112 are fitted, and the internal needle fixing rib 114 and the external needle fixing rib 112 are respectively an end effector 300 that moves back and forth to perform a biopsy procedure after the needle unit 110 invades the patient's biopsy site; A predetermined length is provided at the rear of the
  • the end effector 300 includes a casing portion 310 disposed perpendicular to the side of the bed 11; It is movably coupled to the left and right inside the casing portion 310, and the external needle fixing rib 112 and the internal needle fixing rib 114 of the biopsy needle module 100 are coupled, and the biopsy needle module 100 A trigger module 320 that moves the; It includes a module transfer shaft 333 that penetrates the trigger module 320 and is horizontally provided at the bottom of the casing portion 310, and a module transfer motor 331 that rotates the module transfer axis 333 forward and backward.
  • a module transfer drive unit 330 that advances or reverses the trigger module 320 to the biopsy site and adjusts the position of the internal needle 113 by rotating the module transfer axis 333 forward or backward; and the module transfer axis.
  • An external needle drive shaft 343 disposed horizontally through the trigger module 320 to be coupled to the external needle fixing rib 112 on the upper part of (333), and an external needle drive shaft 343 that rotates forward and reverse. It may include a needle drive motor 341.
  • a carrier movement path 321-2 is formed at a certain length on the upper part of the trigger module 320, and an external needle rib insertion groove 325a into which the external needle fixing rib 112 is inserted is formed on the upper surface. is formed, and the moving block (325-2) is integrally coupled to the lower part to be able to move back and forth along the carrier moving path (321-2) and has a handle moving rail (325-4) recessed inward on both sides of the lower part.
  • a carrier pressure rib is coupled to the path of the external needle drive shaft 343, has threads formed on the outer peripheral surface, moves along the handle moving rail 325-4 on one side, and pressurizes the external needle carrier 325 to move back and forth.
  • the trigger module 320 has a protruding handle 326; A hinge ( 328) and; An elastic member support shaft 327 disposed to penetrate the inside of the trigger module 320, is wound around the outer peripheral surface of the elastic member support shaft 327 and is compressed when the trigger module 320 moves backward, and the trigger module 320 (320) includes an elastic member (327a) that provides an elastic force that allows the handle to move forward, and a front hinge protrusion (325-5) is formed to protrude outward in front of the handle moving rail (325-4), At the rear, a movement limiting stopper 325-6 protrudes downward, and side protrusions 328-3 protrude upward are provided on both sides of the rear end of the hinge 328, and a pair of side protrusions 328-3 ) is provided with a rib insertion inclined surface 328-4 inclined in an upward right direction, and when the external needle carrier 325 is moved backward by the handle 326, the front hinge protrusion 325-5 is disposed on the side protrusion.
  • a lower arm pivot axis (313b) and an upper arm pivot axis (313a) are provided at the rear lower and upper parts of the casing part, respectively, and the position control robot 400 is provided with the casing part 310.
  • a robot casing 410 arranged vertically at the rear; a lower arm driving part 440 having a lower arm moving nut 455 disposed horizontally at the lower part of the robot casing 410; an upper arm driving part 450 having an upper arm moving nut 455 disposed horizontally on the upper part of the robot casing 410; a lower sliding arm 420 horizontally connecting the lower arm moving nut 455 and the lower rear end of the casing portion 310; an upper sliding arm 430 horizontally connecting the upper arm moving nut 455 and the upper rear end of the casing portion 310; A lower arm pivot shaft connector 460 and an upper arm pivot connecting the ends of the lower sliding arm 420 and the upper sliding arm 430 with the lower arm pivot shaft 313b and the upper arm pivot shaft 313a.
  • each of the lower arm driving shaft 443 and the upper arm driving shaft 453 is a change in the length of at least one of the lower sliding arm 420 and the upper sliding arm 430. is transmitted to, and the change in length of at least one of the lower sliding arm 420 and the upper sliding arm 430 is the casing portion 310 with respect to the lower arm pivot axis 313b and the upper arm pivot axis 313a. ) can be converted to vertical tilting.
  • a position control fixing jig (which is coupled to the bed 11 above the patient's head and adjusts the horizontal position and vertical height at which the position control robot 400 is coupled to the bed 11) 500) may further be included.
  • the biopsy needle manipulation robot device accurately guides the needle portion of the biopsy needle module coupled to the end effector to the target location of the patient's biopsy site.
  • the module transfer drive unit and the external needle drive unit of the end effector drive the internal needle and the external needle together or independently to accurately control the invasion depth of the needle unit and ensure that the biopsy is accurately completed.
  • the biopsy needle manipulation robot device manipulates the position control robot through the navigation unit to accurately guide the operator to the target position in the horizontal, height, and depth directions, enabling precise biopsy procedures.
  • the height-adjustable fixing jig has the advantage of being compatible with various types of medical imaging equipment as it can be combined with different heights and combination widths.
  • Figure 1 is an example showing the target location of the biopsy site
  • Figure 2 is a cross-sectional example showing a state in which a curved needle device is inserted into a conventional biopsy site of a patient;
  • Figure 3 is an example showing a state in which a biopsy procedure is performed using a biopsy system to which the biopsy needle manipulation robot device according to the present invention is applied;
  • Figure 4 is a perspective view showing the biopsy system according to the present invention.
  • Figure 5 is a diagram showing the combining process of the biopsy needle manipulation robot device and the biometer needle module according to the present invention
  • Figure 6 is a perspective view showing the configuration of a biopsy needle module coupled to the biopsy needle manipulation robot device according to the present invention
  • Figure 7 is an example diagram showing a state in which the biopsy needle module is coupled to the end effector
  • Figure 8 is an exploded perspective view showing the configuration of the end effector
  • Figure 9 is an enlarged view showing the coupling structure of the trigger module of the end effector
  • FIGS 10 and 11 are examples showing each process in which the biopsy needle module is operated by the end effector
  • Figure 13 is a bottom view showing the position of the handle at each stage of the end effector
  • Figure 14 is a cross-sectional view showing changes in the positions of the external needle carrier, handle, and hinge member at each stage of the end effector;
  • Figure 15 is an exploded perspective view showing the combined structure of the position control robot and the position control fixing jig;
  • Figure 16 is a perspective view showing a state in which the position control robot is coupled to the position control fixing jig;
  • Figure 17 is an internal perspective view showing the internal configuration of the position control robot
  • Figure 18 is a diagram showing the coupling structure of the pivot axis of the position control robot and the end effector
  • Figure 19 is a flat cross-sectional view showing the coupling structure of the pivot axis of the position control robot and the end effector;
  • Figure 20 is an example diagram showing a state in which the end effector is tilted by the position control robot.
  • Figure 3 is an exemplary diagram showing a biopsy system (1) that performs a biopsy procedure on medical imaging equipment (10) using the biopsy needle manipulation robot device (200) according to the present invention
  • Figure 4 shows the biopsy system (1). It is a perspective view showing the configuration
  • Figure 5 is an exploded perspective view showing the combined structure of the biometer needle manipulation robot device 200 and the biometer needle module 100.
  • the biopsy needle manipulation robot device 200 is applied to the biopsy system 1 and is used to adjust the position of the biopsy needle module 100 in real-time biopsy procedures using medical imaging equipment.
  • the biopsy system 1 is coupled to the bed 11 of medical imaging equipment such as an MRI, allowing the operator to view images in real time and insert a needle into the biopsy target location to accurately biopsy the biopsy sample.
  • the biopsy system 1 includes a biopsy needle module 100 that is inserted into the patient's biopsy site, and a biopsy needle manipulation robot device 200 that adjusts the position of the biopsy needle module 100 so that it is inserted into the biopsy target site.
  • the biopsy needle manipulation robot device 200 is detachably coupled to the biopsy needle module 100, includes an end effector 300 that manipulates the biopsy needle module 100, and inserts the biopsy needle module 100 into various biopsy target areas. It includes a position control robot 400 that adjusts the position of the end effector 300 as much as possible.
  • the biopsy needle manipulation robot device 200 is provided in a straight line on the side of the bed 11 where the patient lies face down.
  • the biopsy needle module 100 is detachably coupled to the end effector 300 of the biopsy needle manipulation robot device 200 and allows the bent needle portion 110 to be inserted into the biopsy position of the patient lying down.
  • the needle unit 110 can be inserted into the patient's biopsy site within a narrow space between the bed 11 and the inner wall of the gantry 13 to perform a biopsy procedure.
  • the operator checks the image displayed on the screen using an external navigation device (not shown) and operates the biopsy needle manipulation robot device 200 to adjust the biopsy needle module 100 to be accurately inserted into the target area.
  • the biometer needle manipulation robot device 200 combines the biometer needle module 100 with an end effector 300 that manipulates the movement of the needle unit 110, and controls the forward and backward and vertical tilting angles of the end effector 300. It includes a position control robot 400 and a position control fixing jig 500 that adjusts the position and height at which the position control robot 400 is coupled to the bed 11.
  • the position control robot 400 is coupled to the outermost side of the bed 11 by the position control fixing jig 500 and is positioned to secure a space for the patient to lie down on the bed.
  • the end effector 300 is coupled to the front end of the position control robot 400 so as to be tiltable up and down, and the biopsy needle module 100 is coupled to the plate surface.
  • movement of the biopsy needle module 100 in the X-axis direction is driven by the position control robot 400, and movement in the Y-axis direction is driven by a tilting operation by the position control robot 400. Movement of the biopsy needle module 100 in the Z-axis direction is implemented by the invasion depth of the needle unit 110 by the end effector 300.
  • Figure 6 is a perspective view showing the configuration of the biopsy needle module 100 detachably coupled to the end effector 300 of the biopsy needle manipulation robot device 200
  • Figure 7 shows the biopsy needle module (100) attached to the end effector 300
  • 100) is an exemplary diagram showing the process of combining
  • FIG. 8 is an exploded perspective view showing the configuration of the end effector 300.
  • the end effector 300 is combined with the biopsy needle module 100 so that the inner needle 113 and the outer needle 111 of the needle part 110 of the biopsy needle module 100 advance together or separately to the biopsy site (M). Alternatively, the needle unit 110 is operated to move backward.
  • the biopsy needle module 100 is coupled to the needle unit 110 with the needle unit 110 and the tip of the needle unit 110 inserted, and has a bent shape. It includes a frame 120 and a needle guide 130 that is movably coupled to the upper part of the needle bending frame 120 along the bent shape of the needle bending frame 120 and supports the needle portion 110.
  • the needle unit 110 is manipulated by the end effector 300 and is inserted into the biopsy target area (T) to biopsy the sample tissue (S).
  • the inner needle 113 and the outer needle 111 are arranged to overlap each other.
  • the inner needle 113 is formed to be longer than the outer needle 111.
  • An external needle fixing rib 112 coupled to the end effector 300 is fixedly coupled to the rear of the external needle 111, and a front guide coupling protrusion is coupled to the needle guide 130 at the top of the external needle fixing rib 112. (not shown) is formed protrudingly.
  • the tip of the internal needle 113 is provided with a sharp tip 113a, and at the rear of the tip 113a, a biopsy groove 113b (see FIG. 10) is formed by recessing from the plate surface to biopsy sample tissue.
  • the rear of the inner needle 113 is exposed to the outside of the outer needle 111 for a certain length and is coupled to the inner needle fixing rib 114.
  • the internal needle fixing rib 114 is coupled to the end effector 300, and a rear guide engaging protrusion (not shown) is formed protruding on the upper part of the internal needle fixing rib 114.
  • the end effector 300 is coupled to a casing part 310 arranged perpendicularly on the side of the bed 11 and movable in the horizontal direction (X-axis direction) inside the casing part 310.
  • the external needle fixing rib 112 and the internal needle fixing rib 114 of the breast biopsy needle module 100 are inserted, and the trigger module 320, which moves the breast biopsy needle module 100, and the trigger module 320 are inserted.
  • a module transfer unit 330 that penetrates and is provided horizontally at the lower part of the casing part 310 to move the trigger module 320 forward and backward and to advance or reverse the inner needle 113 and the outer needle 111 to the biopsy site, and a module It is provided in parallel with the transfer drive unit 330 and includes an external needle drive unit 340 that moves the external needle 111 forward or backward separately from the internal needle 113.
  • the casing portion 310 is disposed in a vertical direction on the upper side of the bed 11, and supports the biopsy needle module 100 to be moved after being coupled to the biopsy needle coupling groove 315a exposed to the outside.
  • the casing portion 310 includes the casing body 311, a robot coupling cap 313 that is coupled to the rear end of the casing body 311 and connects the casing body 311 and the position control robot 400, and the casing body 311. ) and a cover 315 covering the upper surface of the robot coupling cap 313, and a front cap 317 coupled to the front of the casing body 311.
  • the casing body 311 accommodates the trigger module 320, the module transfer axis 333 of the module transfer drive unit 330, and the external needle drive shaft 343 of the external needle drive unit 340.
  • a module transport axis 333 and an external needle drive axis 343 are positioned parallel to each other up and down, and penetrate through the module transport axis 333 and the external needle drive axis 343.
  • the trigger module 320 is coupled to move in the left and right directions.
  • a pair of cap coupling wings 311a extend on both sides and are coupled to the robot coupling cap 313.
  • a rear wall 311b is formed in the boundary area between the casing body 311 and the cap coupling wing 311a to separate the space inside the casing body 311 and the space inside the robot coupling cap 313.
  • the robot coupling cap 313 is coupled to the rear end of the casing body 311 and is connected to the position control robot 400.
  • the robot coupling cap 313 accommodates the module transport motor 331 of the module transport drive unit 330 and the external needle drive motor 341 of the external needle drive unit 340 inside.
  • An upper arm pivot axis (313a) and a lower arm pivot axis (313b) are provided on both sides of the rear of the robot coupling cap (313).
  • the upper arm pivot axis 313a is coupled to the upper arm pivot axis connector 470 of the position control robot 400
  • the lower arm pivot axis 313b is connected to the lower arm pivot axis connector 460. It is combined with and receives the change in length of the upper sliding arm 430 and the lower sliding arm 420.
  • the casing part 310 is tilted in the vertical direction and the height at which the needle part 110 of the biopsy needle module 100 is inserted into the biopsy site (M) is adjusted.
  • the front cap 317 is coupled to the front of the casing body 311.
  • the needle bending frame 120 of the biopsy needle module 100 is seated on the front cap 317 to support the needle portion 110 so that it can be bent and inserted into the biopsy site (M).
  • the cover 315 covers the top of the casing body 311 and the robot coupling cap 313.
  • the cover 315 conceals the module transfer axis 333, external needle drive axis 343, and trigger module 320 accommodated in the casing part 310, and only the biopsy needle module 100 can be mounted on the trigger module 320.
  • a biopsy needle coupling groove 315a is cut in the cover 315, and the biopsy needle module 100 is coupled through the cut biopsy needle coupling groove 315a.
  • the operator inserts an internal needle into the internal needle rib insertion groove 321-1 and the external needle rib insertion groove 325a of the trigger module 320 exposed to the outside through the biopsy needle coupling groove 315a.
  • the locking button 151 is inserted into the button engaging groove 315b formed on the inner wall of the biopsy needle engaging groove 315a.
  • the combination of the biopsy needle module 100 and the end effector 300 can be completed by inserting it into the .
  • the trigger module 320 is coupled to the external needle fixing rib 112 and the internal needle fixing rib 114 of the biopsy needle module 100 and moves the external needle by the driving force of the module transfer drive unit 330 and the external needle drive unit 340. (111) and the internal needle (113) are supported to move back and forth.
  • the trigger module 320 includes a module main body 321, a rear block 323 coupled to the rear of the module main body 321, and a front block coupled to the front of the module main body 321 ( 324), an external needle carrier 325 movably coupled to the upper part of the module body 321 and coupled to the external needle fixing rib 112, and coupled to the external needle drive shaft 343 of the external needle drive unit 340.
  • a handle 326 that moves the external needle carrier 325 backwards, a hinge 328 that is coupled to the lower part of the trigger module 320 and fixes the position of the external needle carrier 325 moved backward by the handle 326, and , It includes an elastic member 327a that is coupled to the trigger module 320 and causes the trigger module 320, which is moved backward by the hinge 328, to move forward so that the external needle 111 biopsies the sample tissue (S). .
  • the module body 321 accommodates the external needle fixing rib 112 and the internal needle fixing rib 114 of the biopsy needle module 100 on its upper surface, and is coupled to the module transfer axis 333 and the external needle drive axis 343.
  • the casing part 310 is moved forward and backward in conjunction with the forward and reverse rotation of the module transfer axis 333.
  • the needle unit 110 In conjunction with the forward and backward movement of the module body 321, the needle unit 110 also moves forward and backward and is inserted into or moves backward into the biopsy site (M).
  • An internal needle rib insertion groove 321-1 into which the internal needle fixing rib 114 is inserted is recessed on the upper surface of the module body 321.
  • a carrier movement path (321-2) is formed at a certain length in front of the internal needle rib insertion groove (321-1).
  • An external needle carrier 325 into which an external needle fixing rib 112 is inserted is coupled to the carrier movement path 321-2.
  • An elastic shaft insertion hole 321-3 into which the elastic member support shaft 327 around which the elastic member 327a is wound, is coupled is formed, through the front of the module body 321. Additionally, in the lower part of the module body 321, On both sides, a module transfer shaft insertion hole (321-4) through which the module transfer shaft 333 is inserted and an external needle drive shaft insertion hole (321-5) into which the external needle drive shaft 343 is inserted are formed. A thread corresponding to the module transfer axis 333 is formed in the module transfer axis insertion hole 321-4, so that the module body 321 follows the module transfer axis 333 in conjunction with the forward and reverse rotation of the module transfer axis 333. Move back and forth.
  • a screw pipe coupling groove 321-6 is provided at the rear of the external needle drive shaft insertion hole 321-5 of the module body 321 to expose the external needle drive shaft 343 to the outside.
  • the handle transfer screw pipe 345 coupled to the external needle drive shaft 343 is coupled to the screw pipe coupling groove 321-6.
  • the handle transfer screw pipe 345 is fixedly coupled to the external needle drive shaft 343 and transmits forward and reverse rotation of the external needle drive shaft 343 to the handle 326 screwed to the surface, causing the handle 326 to move back and forth.
  • the rear block 323 is coupled to the rear of the module body 321 and fixes the positions of the elastic member support shaft 327 and the handle transfer screw pipe 345.
  • the rear block 323 contacts the rear wall 311b when the module body 321 moves backward and limits the backward movement.
  • the front block 324 is coupled to the front of the module body 321 and rotatably supports the module transfer axis 333.
  • the external needle carrier 325 is coupled to the carrier path 321-2 of the module body 321 and moves back and forth along the carrier path 321-2 in conjunction with the forward and backward movement of the handle 326.
  • Figure 9 is an enlarged view showing the coupling configuration around the external needle carrier 325 excluding the module body 321, and an exploded perspective view showing the external needle carrier 325, the hinge 328, and the handle 326, respectively. am.
  • An external needle rib insertion groove 325a is formed on the upper surface of the external needle carrier 325, into which the external needle fixing rib 112 of the biopsy needle module 100 is inserted and fixed.
  • the outer needle carrier 325 is integrally provided with a moving block 325-2 at the lower portion that moves along the carrier movement path 321-2.
  • the interior of the moving block (325-2) is provided with a carrier elastic shaft insertion hole (325-3) formed along the longitudinal direction through which the elastic member support shaft (327) is inserted.
  • the side of the moving block (325-2) is provided with a handle moving rail (325-4) recessed inward along the longitudinal direction.
  • a front hinge protrusion (325-5) is protruding in front of the handle moving rail (325-4), and a movement limiting stopper (325-6) is protruding in the rear.
  • the handle 326 is screwed to the handle transfer screw pipe 345 fixed to the outer peripheral surface of the external needle drive shaft 343, and moves forward and backward by the forward and reverse rotation of the external needle drive shaft 343 and uses the external needle carrier 325. Move it back and forth.
  • One side of the handle 326 is provided with a carrier pressing rib 326-1 that protrudes toward the moving block 325-2, moves along the handle moving rail 325-4, and presses the external needle carrier 325. do.
  • the carrier pressure rib (326-1) is positioned to engage with the movement limiting stopper (325-6) of the moving block (325-2), and when the handle (326) moves backward due to reverse rotation of the handle transfer screw pipe (345). The backward pressure of the handle 326 is transmitted to the movement limiting stopper 325-6 to cause the external needle carrier 325 to move backward.
  • a hinge pressure end 326-2 is formed to protrude forward in an inclined shape.
  • the hinge pressure end (326-2) is inserted into the rib insertion inclined surface (328-4) of the hinge (328) when the handle (326) moves forward by the forward rotation of the handle transfer screw pipe (345) to press the hinge (328) to the lower part. Pressurize with
  • the hinge 328 is coupled to the bottom surface of the module body 321.
  • a hinge inlet hole (not shown) is cut into the bottom surface of the module body 321 to introduce the hinge 328 into the interior.
  • the hinge 328 includes a main body coupling end 328-1 that is bent downward and coupled to the bottom surface of the module body 321, a side protrusion 328-3 that protrudes upward on both sides of the rear end, and one A rib insertion inclined surface 328-4 slanted downward is formed between the pair of side protrusions 328-3.
  • the hinge 328 is located at the lower part of the module body 321, and a pair of side protrusions 328-3 move along the handle moving rail 325-4.
  • the movement limiting stopper (325-6) is pressed by the carrier pressing rib (326-1) and the external needle carrier (325) moves back and forth, the side projection (328-3) moves the handle moving rail (325-4). moves along.
  • the rib insertion slope (328-4) is pressed by the hinge pressure end (326-2) when the handle (326) moves forward, thereby releasing the locked state of the side protrusion (328-3) and the front hinge protrusion (325-5). Let it be done.
  • the elastic member support shaft 327 is inserted from the rear block 323 through the elastic shaft insertion hole 321-3 of the module body 321 and is supported on the front block 324.
  • An elastic member (327a) is wound around the outer periphery of the elastic member support shaft (327).
  • the elastic member 327a coupled to the elastic member support shaft 327 is compressed when the external needle carrier 325 is retracted inside the module body 321. As shown in (a) of FIG. 13, when the external needle carrier 325 is advanced, the elastic member 327a maintains its initial length.
  • the elastic member 327a maintains a compressed state while the front hinge protrusion 325-5 is engaged with the side hinge 328. And, as shown in (d) of FIG. 13, when the locked state of the front hinge protrusion 325-5 and the side hinge 328 is released, the elastic member 327a applies elastic force to restore the initial length to the external The needle carrier 325 moves quickly forward and is shot.
  • the module transfer drive unit 330 moves the trigger module 320 forward or backward.
  • the inner needle 113 and the outer needle 111 coupled to the trigger module 320 also move forward or backward.
  • the module transfer drive unit 330 includes a module transfer motor 331 and a module transfer shaft 333 that rotates forward and backward by the module transfer motor 331.
  • the module transfer motor 331 is accommodated inside the robot coupling cap 313 of the casing portion 310.
  • the module transfer motor 331 is operated forward and backward by the operator's manipulation through a navigation device (not shown).
  • the module transfer shaft 333 is coupled to the module transfer motor 331, penetrates the rear wall (311b), is inserted into the module transfer axis insertion hole 321-4 of the trigger module 320, and is then inserted into the front block 324. ) is rotatably coupled to the A thread corresponding to the module transfer shaft insertion hole 321-4 is formed on the outer peripheral surface of the module transfer shaft 333. Accordingly, the trigger module 320 moves forward or backward in conjunction with the forward and reverse rotation of the module transfer axis 333.
  • the external needle driving unit 340 moves the external needle carrier 325 coupled to the trigger module 320 forward and backward independently of the trigger module 320.
  • the external needle drive unit 340 includes an external needle drive motor 341, an external needle drive shaft 343 coupled to the external needle drive motor 341, and a handle transfer screw pipe coupled only to a portion of the external needle drive shaft 343. Includes (345).
  • the external needle drive motor 341 is accommodated inside the robot coupling cap 313 on one side of the module transfer motor 331.
  • the external needle drive shaft 343 is combined with the external needle drive motor 341, penetrates into the external needle drive shaft insertion hole 321-5 of the module body 321, and is then rotatably coupled to the front block 324. .
  • the external needle drive shaft 343 has no threads on the outer peripheral surface and is provided to rotate freely inside the external needle drive shaft insertion hole 321-5.
  • the handle transfer screw pipe 345 is coupled to the external needle drive shaft 343 in the area corresponding to the screw pipe coupling groove (321-6) of the module body 321, so that the handle 326 is connected to the handle movement rail (325-4). It is provided to move back and forth only by the length (l).
  • the length (l) of the handle moving rail (325-4) corresponds to the distance that the external needle carrier (325) moves along the carrier moving path (321-2).
  • Figure 10 is an example diagram showing the position of the needle unit 110 at each stage of the biopsy needle module 100 for a biopsy procedure
  • Figure 11 shows the needle unit 110 of the biopsy needle module 100 at the end effector 300.
  • ) is an example diagram showing the process of biopsying sample tissue (S) by inserting it into the biopsy site (M)
  • Figure 12 shows the plan configuration of the end effector 300 at each stage of the needle unit 110.
  • FIG. 13 is an example view showing the bottom configuration of the end effector 300 at each step
  • FIG. 14 is an example view showing the side configuration of the end effector 300 at each step.
  • the operator moves the bed 11 inside the gantry 13, operates the end effector 300 using a navigation device (not shown) while watching the captured image of the patient's biopsy site, and operates the biopsy needle module 100.
  • a navigation device (not shown) to drive the module transfer motor 331 and the external needle drive motor 341 to control the depth at which the internal needle 113 and external needle 111 enter the biopsy site (M). .
  • the trigger module 320 moves forward. Accordingly, as shown in (b) of FIG. 10, the needle unit 110 advances, and as shown in (b) of FIG. 11, the inner needle 113 and the outer needle 111 move together to the biopsy site (M). invades inside.
  • the carrier pressurizing rib 326-1 of the handle 326 is connected to the movement limiting stopper 325-6 of the external needle carrier 325. Move forward together while in contact with.
  • the module transfer motor 331 rotates in the forward direction and the external needle drive motor 341 rotates in the reverse direction.
  • the trigger module 320 and the internal needle 113 coupled to the module transport shaft 333 advance by the forward rotation of the module transport motor 331.
  • the handle 326 coupled to the handle transfer screw pipe 345 This goes backwards.
  • the carrier pressing rib 326-1 presses the movement limiting stopper 325-6 backward, so that the external needle carrier 325 also moves backwards.
  • the front hinge protrusion 325-5 of the backward external needle carrier 325 passes over the side protrusion 328-3 of the hinge 328 and forms a side protrusion ( 328-3) and the position is fixed.
  • the elastic member 327a wound around the elastic member support shaft 327 maintains a compressed state between the rear block 323 and the external needle carrier 325.
  • the hinge pressure end 326-2 protruding from the carrier pressure rib 326-1 of the handle 326 moved forward is attached to the hinge 328 as shown in Figure 13 (c) and Figure 14 (d). ) is inserted into the rib insertion slope (328-4). As the hinge pressure end (326-2) moves inward along the inclined rib insertion slope (328-4), it presses the rib insertion slope (328-4) downward, and is integrated with the rib insertion slope (328-4). The formed side protrusion 328-3 is pressed downward.
  • the external needle 111 is shot by the elastic force of the elastic member 327a, and the internal needle 113 advances by the length advanced, and the cutting surface formed at the tip of the external needle 111 cuts the biopsy tissue.
  • the sample tissue (S) is accommodated in the biopsy groove (113b) and covered by the external needle (111), thereby completing the biopsy process.
  • the needle unit 110 on which the biopsy has been completed moves backward by driving the module transfer motor 331 in the reverse direction and is separated from the patient's biopsy site.
  • the position control robot 400 moves the end effector 300 to which the biopsy needle module 100 is coupled forward or backward in the horizontal direction (X-axis direction) or moves it in the vertical direction (Y It moves up and down in the axial direction so that the needle unit 110 can be accurately inserted into the target position (T) of the biopsy site (M).
  • the position control robot 400 is provided with a robot casing 410 coupled to the position control fixing jig 500 coupled to the bed 11, and is provided at the lower and upper parts of the robot casing 410, respectively, to control the end effector 300. Adjust the length of the lower sliding arm 420 and upper sliding arm 430 coupled to the upper arm pivot axis 313a and lower arm pivot axis 313b, and the lower sliding arm 420 and upper sliding arm 430. It includes a lower arm driving part 440 and an upper arm driving part 450.
  • the robot casing 410 is coupled to the position adjustment fixing jig 500 to adjust the height of the biopsy needle manipulation robot device 200 coupled to the bed 11.
  • a circular jig coupling protrusion 411 is formed protruding at the rear of the robot casing 410.
  • the circular jig coupling protrusion 411 is fitted into the protrusion fitting groove 531 of the adapter 530 of the position adjustment fixing jig 500.
  • the position control fixing jig 500 is coupled to a plate-shaped jig frame 510 fixed to the upper surface of the bed 11 and both sides of the jig frame 510, and is perpendicular to the horizontal position where the position control robot 400 is coupled.
  • the position adjustment fixing jig 500 allows the biopsy needle manipulation robot device 200 to be used interchangeably with medical imaging equipment 10 having different specifications for each manufacturer.
  • the position control frame 520 and the adapter 530 are provided as a pair on both sides of the jig frame 510, so that the biopsy needle manipulation robot device 200 is coupled to the left or right side according to the direction of the patient's biopsy site. This is to make it possible.
  • a pair of jig frames 510 are placed above the head of the patient (A) when the patient (A) lies on the bed (11) to prevent interference with the patient (A) taking images. It is provided in a location where no pressure is applied.
  • a horizontal direction coupling position display scale 513 is provided on the front of the jig frame 510 to indicate the position at which the position control frame 520 is horizontally coupled to the jig frame 510.
  • the position control frame 520 is provided with a certain height in the vertical direction, and coupling flanges 521 are provided on both sides at the bottom.
  • the coupling flange 521 is provided with a coupling width adjustment slit (521a) cut to a certain length, and a coupling width adjustment screw (521b) is inserted into the coupling width adjustment slit (521a).
  • the combination width adjustment screw (521b) passes through the combination width adjustment slit (521a) and is fixed to the jig frame (510). At this time, the operator checks the horizontal coupling position display scale 513 and fixes the coupling width adjustment screw 521b at a position where biopsy of the patient A is easy.
  • a vertical height adjustment slit 523 is formed along the height direction at the rear of the position adjustment frame 520, and a vertical direction coupling height adjustment screw 523a is inserted into the vertical height adjustment slit 523.
  • the vertical height adjustment slit 523 is coupled through the adapter 530.
  • the vertical height at which the adapter 530 is coupled is adjusted by the vertical height adjustment slit 523 and the vertical direction coupling height adjustment screw 523a.
  • a vertical coupling height display scale 524 is formed on the position control frame 520, so that the height at which the adapter 530 is coupled can be accurately adjusted.
  • the rear of the adapter 530 is coupled to the positioning frame 520 by a vertically coupled height adjustment screw 523a, and the front is coupled to the robot casing 410 of the positioning robot 400.
  • the adapter 530 has a protrusion fitting groove 531 formed in a semicircular shape so that the circular jig coupling protrusion 411 is inserted and fixed therein.
  • the position at which the position control robot 400 of the biopsy needle manipulation robot device 200 is coupled in the horizontal direction and the height at which it is coupled in the vertical direction are adjusted to enable various types of medical imaging equipment 10.
  • the biopsy system 1 of the present invention can be compatible and combined with the bed.
  • an upper arm exposure hole 413 and a lower arm exposure hole 415 are formed in front of the robot casing 410 of the position control robot 400, respectively.
  • the upper sliding arm 430 is exposed toward the end effector 300 through the upper arm exposure hole 413, and the lower sliding arm 420 is exposed toward the end effector 300 through the lower arm exposure hole 415.
  • the front of the robot casing 410 is provided with a robot front cover 417 that covers the inside, and the drive motors 441 and 451 of the lower arm drive unit 440 and the upper arm drive unit 450 are provided at the rear of the robot casing 410.
  • a motor cap 419 accommodating means 447 and 457 is provided.
  • the robot front cover (417) and motor cap (419) conceal the internal driving means from the outside to reduce noise and dust when operating medical imaging equipment, and prevent dangerous situations for patients lying on the bed (11). .
  • Figure 17 is a diagram showing the internal configuration of the position control robot 400. As shown, the lower sliding arm 420 and the upper sliding arm 430 are connected to the upper arm pivot axis ( It is connected to 313a) and the lower arm pivot axis (313b).
  • the lower sliding arm 420 and upper sliding arm 430 have variable lengths exposed to the outside of the robot casing 410 by the lower arm driving part 440 and the upper arm driving part 450, respectively, and the end effector 300 Move it forward or backward in the X-axis direction, or raise or lower it in the Y-axis direction.
  • the lower arm drive unit 440 and the upper arm drive unit 450 are operated forward and backward by a navigation unit (not shown), respectively. and the lower arm drive shaft 443 and the upper arm drive shaft 453 that rotate forward and backward by the upper arm drive motor 451, and the forward and reverse rotation of the lower arm drive shaft 443 is converted into linear movement of the lower sliding arm 420.
  • the lower arm transmission means 447 and the upper arm transmission means 447 may be implemented in various forms such as belts or gears. Although not shown in the drawing, threads are formed on the outer peripheral surfaces of the lower arm driving shaft 443 and the upper arm driving shaft 453, and the lower arm moving nut 445 and the upper arm moving nut 455 are connected to the lower arm driving shaft 443 and the upper arm driving shaft 443. It is screwed to the arm drive shaft (453). Accordingly, according to the forward and reverse rotation of the lower arm drive shaft 443 and the upper arm drive shaft 453, the lower arm movement nut 445 and the upper arm movement nut 455 move the lower arm drive shaft 443 and the upper arm drive shaft 453. Move forward or backward accordingly.
  • Figure 18 shows the lower sliding arm 420 and the upper sliding arm 430 connected to the lower arm pivot axis 313b and upper arm pivot axis 313a of the end effector 300, and the lower arm pivot shaft connector 460 and upper arm.
  • This is an exploded perspective view showing the process of coupling by the pivot axis connector 470.
  • a lower shaft insertion hole 461 into which the lower arm pivot shaft 313b is inserted is formed through the lower arm pivot shaft connector 460.
  • a lower arm coupling arm 463 extends horizontally.
  • the lower arm coupling arm 463 is disposed on one side of the lower sliding arm 420
  • the lower arm coupling connector 465 is disposed on the other side
  • the fastening members are the lower arm coupling arm 463 and the lower sliding arm 420. and is inserted through the lower arm coupling connector 465.
  • the lower arm pivot shaft (313b) is inserted into the lower shaft insertion hole (461) and connected to the lower sliding arm (420) by being inserted into the lower pivot shaft insertion hole (313-2) of the robot coupling cap (313).
  • the upper arm pivot shaft 313a is also connected to the upper sliding arm 430 by the upper arm pivot shaft connector 470 in the same manner.
  • the lower shaft insertion hole 461 of the lower arm pivot shaft connector 460 is formed in an oval shape with a height (h) greater than the diameter (R) of the lower arm pivot shaft (313b).
  • the upper shaft insertion hole 471 of the upper arm pivot shaft connector 470 is formed to be the same as the diameter of the upper arm pivot shaft (313a).
  • the casing portion 310 of the end effector 300 may be tilted up and down around the lower arm pivot axis 313b.
  • Figure 20 is an example diagram showing the process of adjusting the horizontal position and vertical position of the end effector 300 by the position control robot 400.
  • the X-axis position (horizontal direction) and Y-axis position (vertical direction) of the needle unit 110 are adjusted to the biopsy site (M).
  • the Z-axis position is adjusted by the insertion depth of the needle 110, which is inserted into the biopsy site (M) in a bent state.
  • the operator can accurately insert the needle unit 110 into the target biopsy location by looking at the captured image.
  • the biopsy needle manipulation robot device accurately guides the needle part of the biopsy needle module coupled to the end effector to the target position of the patient's biopsy site.
  • the biopsy needle manipulation robot device enables precise biopsy procedures by accurately guiding the operator to the target location in the horizontal, height, and depth directions through the navigation unit.
  • the height-adjustable fixing jig has the advantage of being compatible with various types of medical imaging equipment as it can be combined with different heights and combination widths.
  • Biopsy system 10 Medical imaging equipment
  • biopsy needle module 110 needle unit
  • External needle 112 External needle fixing rib
  • Button support arm 200 Biopsy needle manipulation robot device
  • Casing body 311a Cap coupling wing
  • 313a upper arm pivot axis
  • 313b lower arm pivot axis
  • 315 Cover 315a: Biopsy needle combining groove
  • Trigger module 321 Module body
  • 321-1 Internal needle rib insertion groove 321-2: Carrier movement path
  • External needle carrier 325a External needle rib insertion groove
  • Moving block 325-3 Elastic shaft insertion hole
  • Movement restriction stopper 326 Handle
  • Hinge 328-1 Main body coupling end
  • Module transfer drive unit 331 Module transfer motor
  • Module transfer axis 340 External needle driving unit
  • External needle drive motor 343 External needle drive shaft
  • Handle transfer screw pipe 350 Axial support plate
  • Lower arm coupling connector 470 Upper arm pivot axis connector
  • Horizontal direction combination position indication scale 520 Position adjustment frame
  • Coupling flange 521a Coupling width adjustment slit
  • Adapter 531 Protrusion fitting groove

Landscapes

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Abstract

의료영상장비용 베드에 누워있는 환자의 생검부위로 생검침모듈의 바늘부가 삽입되어 샘플조직을 생검하도록 상기 생검침모듈을 조작하는 생검침조작로봇장치에 관한 것으로서, 상기 생검침모듈(100)의 바늘부(110)는 외부바늘(111)과 내부바늘(113)이 서로 중첩되게 구비되고, 상기 내부바늘(113)의 후단에 고정결합된 내부바늘고정리브(114)와, 상기 내부바늘고정리브(114)의 전방에 구비되어 상기 외부바늘(111)의 후단에 고정결합된 외부바늘고정리브(112)를 포함하며, 상기 베드(11)의 측면에 구비되며, 상기 내부바늘고정리브(114)와 상기 외부바늘고정리브(112)가 끼움결합되며 상기 내부바늘고정리브(114)와 상기 외부바늘고정리브(112)를 각각 전후 이동시켜 상기 바늘부(110)가 환자의 생검부위로 침습된 후 생검시술을 수행하게 하는 엔드이펙터(300)와; 상기 엔드이펙터(300)의 후방에 일정길이 구비되어 상기 바늘부(110)가 생검부위의 타겟위치로 침습되게 상기 엔드이펙터(300)의 상기 베드에 대한 수평방향, 수직방향 및 삽입깊이를 조절하는 위치조절로봇(400)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

의료영상장비를 이용한 실시간 생검용 생검침조작로봇장치
본 발명은 생검침조작로봇장치에 관한 것으로서, 보다 자세히는 의료영상장비에서 환자의 생검부위를 영상으로 실시간 확인하면서 환자의 생검부위로 생검침바늘이 정확하게 삽입되도록 생검침모듈을 조작하는 생검침조작로봇장치에 관한 것이다.
생검은 피부를 절개하지 않고 중공침을 생체 내 기관에 삽입하여 병리조직학적 검사용으로 조직 일부를 채취하는 검사법의 일종이다. 생검은 암의 초기 진단시 초음파, 컴퓨터단층촬영(CT), 자기공명영상(MRI) 등에 의해 종양이 의심되는 부위를 수술 전에 검진하는 것으로, 영상을 기반으로 조직검사를 수행한다.
CT 또는 MR과 같은 의료 영상을 이용한 생검을 실시할 경우에, 환자가 위치한 의료영상장비 갠트리 내부는 일반적으로 공간이 협소하고 일반적인 생검용 바늘은 직선형으로 길게 형성되어 많은 공간을 차지하므로 의료영상장비의 비좁은 갠트리 내부에서 환자의 조직 내부로 바늘 진입이 어려운 문제가 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해 굴곡형 바늘 디바이스를 이용해 갠트리 내부에서 실시간으로 영상을 확인하면서 환자에게 생검시술을 시행하는 생검로봇시스템이 공개특허 제10-2016-0127653호에 개시된 바 있다.
개시된 "굴곡형 바늘 디바이스 및 이를 이용한 실시간 생검 로봇시스템"은 환자가 엎드려 누워있는 베드의 측면에 굴곡이 가능한 바늘 디바이스를 로봇제어부를 이용해 로봇 엔드 이펙터가 이동시켜 갠트리 내부에서 시술자가 영상을 확인하면서 바늘 디바이스를 생검부위로 삽입한 후 조직샘플을 생검할 수 있다.
도 1은 의료영상장비에서 촬영된 유방 영상의 일례이다. 도시된 바와 같이 생검부위(M)인 유방에서 샘플조직을 채취할 타겟위치(T, T1, T2)는 다양하게 위치된다.
개시된 종래 생검 로봇시스템은 도 2에 도시된 바와 같이 환자가 엎드린 상태에서 유방의 측면에 생검할 부위를 고정하는 고정프레임(20)을 배치한다. 그리고, 굴곡형 바늘 디바이스(30)의 바늘(31)을 로봇 엔드 이펙터(40)를 이용해 생검부위로 삽입한다.
그런데, 종래 생검 로봇시스템은 시술자가 네비게이션을 이용해 원거리에서 조작하므로 다양한 타겟 위치로 굴곡형 바늘 디바이스(30)의 바늘(31)을 정확하게 삽입하기 어려운 한계가 있었다. 즉, 굴곡형 바늘 디바이스(30)를 베드(11)에 대해 수평방향 및 상하 위치로 정확하게 조절하기 어려운 한계가 있었다.
본 발명의 목적은 상술한 문제를 해결하기 위한 것으로, 생검침모듈을 생검부위 내 생검 타겟위치로 정확하게 삽입하여 샘플조직을 생검할 수 있게 생검침모듈의 위치를 조작할 수 있는 생검침조작로봇장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 다양한 종류의 의료영상장비에 호환되어 사용될 수 있는 생검침조작로봇장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 상기 목적과 여러 가지 장점은 이 기술분야에 숙련된 사람들에 의해 본 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.
상술한 본 발명의 목적은 의료영상장비용 베드에 누워있는 환자의 생검부위로 생검침모듈의 바늘부가 삽입되어 샘플조직을 생검하도록 상기 생검침모듈을 조작하는 생검침조작로봇장치에 의해 달성될 수 있다. 본 발명의 생검침조작로봇장치는, 상기 생검침모듈(100)의 바늘부(110)는 외부바늘(111)과 내부바늘(113)이 서로 중첩되게 구비되고, 상기 내부바늘(113)의 후단에 고정결합된 내부바늘고정리브(114)와, 상기 내부바늘고정리브(114)의 전방에 구비되어 상기 외부바늘(111)의 후단에 고정결합된 외부바늘고정리브(112)를 포함하며, 상기 베드(11)의 측면에 구비되며, 상기 내부바늘고정리브(114)와 상기 외부바늘고정리브(112)가 끼움결합되며 상기 내부바늘고정리브(114)와 상기 외부바늘고정리브(112)를 각각 전후 이동시켜 상기 바늘부(110)가 환자의 생검부위로 침습된 후 생검시술을 수행하게 하는 엔드이펙터(300)와; 상기 엔드이펙터(300)의 후방에 일정길이 구비되어 상기 바늘부(110)가 생검부위의 타겟위치로 침습되게 상기 엔드이펙터(300)의 상기 베드에 대한 수평방향, 수직방향 및 삽입깊이를 조절하는 위치조절로봇(400)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 따르면, 상기 엔드이펙터(300)는, 상기 베드(11)의 측면에 수직하게 배치되는 케이싱부(310)와; 상기 케이싱부(310)의 내부에 좌우로 이동가능하게 결합되고, 상기 생검침모듈(100)의 외부바늘고정리브(112)와 내부바늘고정리브(114)가 결합되며 상기 생검침모듈(100)을 이동시키는 트리거모듈(320)과; 상기 트리거모듈(320)을 관통하여 상기 케이싱부(310)의 하부에 수평하게 구비되는 모듈이송축(333)과, 상기 모듈이송축(333)을 정역회전시키는 모듈이송모터(331)를 포함하며, 상기 모듈이송축(333)의 정역회전에 의해 상기 트리거모듈(320)을 생검부위로 전진 또는 후진시키고 상기 내부바늘(113)의 위치를 조절하는 모듈이송구동부(330)와;상기 모듈이송축(333)의 상부에 상기 외부바늘고정리브(112)와 결합되게 상기 트리거모듈(320)을 관통하여 수평하게 배치되는 외부바늘구동축(343)과, 상기 외부바늘구동축(343)을 정역회전시키는 외부바늘구동모터(341)를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 트리거모듈(320)의 상부에는 캐리어이동로(321-2)가 일정길이 형성되고, 상면에 상기 외부바늘고정리브(112)가 삽입되는 외부바늘리브삽입홈(325a)이 형성되고, 하부에 상기 캐리어이동로(321-2)를 따라 전후 이동가능하게 결합되며 하부 양측면에 내측으로 함몰형성된 핸들이동레일(325-4)이 형성된 이동블럭(325-2)이 일체로 구비된 외부바늘캐리어(325)와; 상기 외부바늘구동축(343)의 경로상에 결합되며 외주면에 나사산이 형성되고 일측에 상기 핸들이동레일(325-4)을 따라 이동하며 상기 외부바늘캐리어(325)가 전후로 이동되게 가압하는 캐리어가압리브(326-1)가 돌출형성된 핸들(326)과; 상기 트리거모듈(320)의 하부에 결합되며, 상기 외부바늘캐리어(325)가 상기 핸들(326)에 의해 전후 이동될 때, 상기 외부바늘캐리어(325)의 전진위치 및 후진위치를 제한하는 힌지(328)와; 상기 트리거모듈(320)의 내부를 관통하여 배치되는 탄성부재지지축(327)과, 상기 탄성부재지지축(327)의 외주면에 권취되어 상기 트리거모듈(320)의 후진시에 압축되며 상기 트리거모듈(320)이 전방으로 이동될 수 있는 탄성력을 제공하는 탄성부재(327a)를 포함하며, 상기 핸들이동레일(325-4)의 전방에는 전방힌지돌기(325-5)가 외측으로 돌출형성되고, 후방에는 이동제한스토퍼(325-6)가 하부로 돌출형성되고, 상기 힌지(328)의 후단 양측에는 상부로 돌출형성된 측면돌기(328-3)가 구비되고, 한 쌍의 측면돌기(328-3) 사이에는 우상향 방향으로 경사지게 형성된 리브삽입경사면(328-4)이 구비되고, 상기 핸들(326)에 의해 상기 외부바늘캐리어(325)가 후진하면 상기 전방힌지돌기(325-5)가 상기 측면돌기(328-3)를 따라 이동된 후 상기 측면돌기(328-3)에 걸려 전방이동이 제한되고, 상기 핸들(326)의 캐리어가압리브(326-1)의 선단은 상기 리브삽입경사면(328-4)에 대응되는 형상으로 형성되어 상기 외부바늘구동축(343)의 구동에 의해 상기 핸들(326)이 전진하며 상기 리브삽입경사면(328-4)에 상기 캐리어가압리브(326-1)가 삽입되며 상기 캐리어가압리브(326-1)를 가압하여 상기 전방힌지돌기(325-5)와 상기 측면돌기(328-3)의 걸림상태가 해제되게 한다.
일 실시예에 따르면, 상기 케이싱부의 후방 하부와 상부에는 각각 하부암피봇축(313b)과 상부암피봇축(313a)이 구비되고, 상기 위치조절로봇(400)은, 상기 케이싱부(310)의 후방에 수직하게 배치된 로봇케이싱(410)과; 상기 로봇케이싱(410)의 하부에 수평하게 배치되는 하부암이동너트(455)을 갖는 하부암구동부(440)와; 상기 로봇케이싱(410)의 상부에 수평하게 배치되는 상부암이동너트(455)을 갖는 상부암구동부(450)와; 상기 하부암이동너트(455)과 상기 케이싱부(310)의 하부 후단을 수평하게 연결하는 하부슬라이딩암(420)과; 상기 상부암이동너트(455)과 상기 케이싱부(310)의 상부 후단을 수평하게 연결하는 상부슬라이딩암(430)과; 상기 하부슬라이딩암(420)과 상기 상부슬라이딩암(430)의 단부를 상기 하부암피봇축(313b) 및 상기 상부암피봇축(313a)과 연결하는 하부암피봇축커넥터(460) 및 상부암피봇축커넥터(470)를 포함하며, 상기 하부암구동축(443)과 상기 상부암구동축(453) 각각의 길이변화는 상기 하부슬라이딩암(420)과 상기 상부슬라이딩암(430) 중 적어도 하나의 길이변화로 전달되고, 상기 하부슬라이딩암(420)과 상기 상부슬라이딩암(430) 중 적어도 하나의 길이변화는 상기 하부암피봇축(313b)과 상기 상부암피봇축(313a)에 대한 상기 케이싱부(310)의 상하방향 틸팅으로 전환될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 베드(11)에 환자의 머리 보다 위쪽에 결합되어 상기 위치조절로봇(400)이 상기 베드(11)에 결합되는 수평방향 위치 및 수직방향 높이를 하는 위치조절고정지그(500)를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 생검침조작로봇장치는 엔드이펙터에 결합된 생검침모듈의 바늘부를 환자의 생검부위의 타겟위치로 정확하게 안내한다.
특히, 엔드이펙터의 모듈이송구동부와 외부바늘구동부가 내부바늘과 외부바늘을 함께 또는 독립적으로 각각 구동하여 바늘부의 침습깊이를 정확하게 조절하고, 생검이 정확하게 완료디게 제어한다.
또한, 생검침조작로봇장치는 네비게이션부를 통해 위치조절로봇을 조작하여 시술자가 안내하는 타겟위치로 수평방향과 높이방향 및 깊이방향으로 정확하게 안내하여 정밀한 생검시술이 가능하게 한다.
또한, 높이조절고정지그에 의해 다양한 형태의 의료영상장비에 높이와 결합폭을 달리하여 결합할 수 있어 호환 사용될 수 있는 장점이 있다.
도 1은 생검부위의 타겟위치를 나타낸 예시도,
도 2는 종래 환자의 생검부위로 굴곡형 바늘 디바이스가 삽입되는 상태를 도시한 단면예시도,
도 3은 본 발명에 따른 생검침조작로봇장치가 적용된 생검시스템을 이용해 생검시술을 진행하는 상태를 도시한 예시도,
도 4는 본 발명에 따른 생검시스템을 도시한 사시도,
도 5는 본 발명에 따른 생검침조작로봇장치와 생검침모듈의 결합과정을 도시한 도면,
도 6은 본 발명에 따른 생검침조작로봇장치에 결합되는 생검침모듈의 구성을 도시한 사시도,
도 7은 생검침모듈이 엔드이펙터에 결합되는 상태를 도시한 예시도,
도 8은 엔드이펙터의 구성을 분해하여 도시한 분해사시도,
도 9는 엔드이펙터의 트리거모듈의 결합구조를 확대하여 도시한 확대도면,
도 10과 도 11은 엔드이펙터에 의해 생검침모듈이 동작되는 각 과정을 도시한 예시도,
도 12는 엔드이펙터의 각 단계별 동작과정을 도시한 평면도,
도 13은 엔드이펙터의 각 단계별 핸들의 위치를 도시한 저면도,
도 14는 엔드이펙터의 각 단계별 외부바늘캐리어와 핸들 및 힌지부재의 위치변화를 도시한 단면도,
도 15는 위치조절로봇과 위치조절고정지그의 결합구조를 도시한 분해사시도,
도 16은 위치조절로봇이 위치조절고정지그에 결합된 상태를 도시한 사시도,
도 17은 위치조절로봇의 내부구성을 도시한 내부사시도,
도 18은 위치조절로봇과 엔드이펙터의 피봇축의 결합구조를 도시한 도면,
도 19는 위치조절로봇과 엔드이펙터의 피봇축의 결합구조를 도시한 평단면도,
도 20은 위치조절로봇에 의해 엔드이펙터가 틸팅된 상태를 도시한 예시도이다.
본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어 지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.
도 3은 본 발명에 따른 생검침조작로봇장치(200)를 이용하여 의료영상장비(10)에서 생검시술을 시행하는 생검시스템(1)을 도시한 예시도이고, 도 4는 생검시스템(1)의 구성을 도시한 사시도이고, 도 5는 생검침조작로봇장치(200)와 생검침모듈(100)의 결합구조를 도시한 분해사시도이다.
도 3에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 생검침조작로봇장치(200)는 생검시스템(1)에 적용되어 의료영상장비를 이용한 실시간 생검시술에서 생검침모듈(100)의 위치를 조절하는데 사용된다. 생검시스템(1)은 MRI와 같은 의료영상장비의 베드(11)에 결합되어 시술자가 실시간으로 영상을 보며 생검 타겟위치로 바늘이 삽입되어 생검 샘플을 정확하게 생검할 수 있게 한다.
생검시스템(1)은 환자의 생검부위로 삽입되는 생검침모듈(100)과, 생검침모듈(100)이 생검 타겟부위로 삽입되게 위치를 조절하는 생검침조작로봇장치(200)를 포함한다. 생검침조작로봇장치(200)는 생검침모듈(100)이 착탈가능하게 결합되며 생검침모듈(100)을 조작하는 엔드이펙터(300)와, 생검침모듈(100)이 다양한 생검 타겟부위로 삽입될 수 있게 엔드이펙터(300)의 위치를 조절하는 위치조절로봇(400)을 포함한다.
생검침조작로봇장치(200)는 환자가 엎드려 눕는 베드(11)의 측면에 직선형태로 구비된다. 생검침모듈(100)은 생검침조작로봇장치(200)의 엔드이펙터(300)에 착탈가능하게 결합되어 절곡된 바늘부(110)가 누워있는 환자의 생검위치로 삽입되게 한다. 이에 의해 베드(11)와 갠트리(13) 내벽면 사이의 협소한 공간 내에서 바늘부(110)가 환자의 생검부위로 삽입되어 생검시술을 수행할 수 있게 된다.
시술자는 외부에 구비된 네비게이션(미도시)을 이용해 화면으로 표시되는 영상을 확인하며 생검침조작로봇장치(200)를 구동하여 생검침모듈(100)이 타겟부위로 정확하게 삽입되게 조절한다.
생검침조작로봇장치(200)는 생검침모듈(100)가 결합되며 바늘부(110)의 이동을 조작하는 엔드이펙터(300)와, 엔드이펙터(300)의 전후진 및 상하방향 틸팅각도를 조절하는 위치조절로봇(400)과, 베드(11)에 위치조절로봇(400)이 결합되는 위치와 높이를 조절하는 위치조절고정지그(500)를 포함한다.
위치조절로봇(400)은 도 3에 도시된 바와 같이 베드(11)의 측면 최외곽에 위치조절고정지그(500)에 의해 결합되어 환자가 베드에 눕는 공간을 확보할 수 있게 위치된다. 엔드이펙터(300)는 위치조절로봇(400)의 선단에 상하로 틸팅가능하게 결합되며, 판면에 생검침모듈(100)이 결합된다.
도 4에 도시된 바와 같이 생검침모듈(100)의 X축방향 이동은 위치조절로봇(400)에 의해 구동되고, Y축방향 이동은 위치조절로봇(400)에 의한 틸팅동작으로 구동된다. 생검침모듈(100)의 Z축방향 이동은 엔드이펙터(300)에 의한 바늘부(110)의 침습깊이로 구현된다.
도 6은 생검침조작로봇장치(200)의 엔드이펙터(300)에 착탈가능하게 결합되는 생검침모듈(100)의 구성을 도시한 사시도이고, 도 7은 엔드이펙터(300)에 생검침모듈(100)이 결합되는 과정을 도시한 예시도이고, 도 8은 엔드이펙터(300)의 구성을 분해하여 도시한 분해사시도이다.
엔드이펙터(300)는 생검침모듈(100)과 결합되어 생검침모듈(100)의 바늘부(110)의 내부바늘(113)과 외부바늘(111)이 함께 또는 각각 생검부위(M)로 전진 또는 후진하도록 바늘부(110)를 조작한다.
여기서, 도 6에 도시된 바와 같이 생검침모듈(100)은 바늘부(110)와, 바늘부(110)의 선단이 삽입된 상태로 바늘부(110)에 결합되며 절곡된 형상을 갖는 바늘절곡프레임(120)과, 바늘절곡프레임(120)의 상부에 바늘절곡프레임(120)의 절곡형상을 따라 이동가능하게 결합되며 바늘부(110)를 지지하는 바늘가이드(130)를 포함한다.
바늘부(110)는 엔드이펙터(300)에 의해 조작되며 생검 타겟부위(T)로 삽입되어 샘플조직(S)을 생검하게 된다. 바늘부(110)는 내부바늘(113)과 외부바늘(111)이 서로 중첩되게 배치된다. 내부바늘(113)은 외부바늘(111) 보다 길이가 더 길게 형성된다.
외부바늘(111)의 후방에는 엔드이펙터(300)에 결합되는 외부바늘고정리브(112)가 고정결합되고, 외부바늘고정리브(112)의 상부에는 바늘가이드(130)에 결합되는 전방가이드결합돌기(미도시)가 돌출형성된다.
내부바늘(113)의 선단에는 날카로운 첨단(113a)이 구비되고, 첨단(113a)의 후방에는 판면으로부터 함몰형성되어 샘플조직이 생검되는 생검홈(113b, 도 10 참조)이 형성된다. 내부바늘(113)의 후방은 외부바늘(111)의 외측으로 일정길이 노출되고 내부바늘고정리브(114)와 결합된다. 내부바늘고정리브(114)는 엔드이펙터(300)에 결합되고, 내부바늘고정리브(114)의 상부에는 후방가이드결합돌기(미도시)가 돌출형성된다.
엔드이펙터(300)는 도 8에 도시된 바와 베드(11)의 측면에 수직하게 배치되는 케이싱부(310)와, 케이싱부(310)의 내부에 수평방향(X축방향)으로 이동가능하게 결합되며 유방생검침모듈(100)의 외부바늘고정리브(112)와 내부바늘고정리브(114)가 삽입되며 유방생검침모듈(100)을 이동시키는 트리거모듈(320)과, 트리거모듈(320)을 관통하여 케이싱부(310)의 하부에 수평하게 구비되어 트리거모듈(320)을 전후진하며 내부바늘(113)과 외부바늘(111)을 생검부위로 전진 또는 후진시키는 모듈이송구동부(330)와, 모듈이송구동부(330)와 나란하게 구비되며 외부바늘(111)을 내부바늘(113)과 별도로 전진 또는 후진시키는 외부바늘구동부(340)를 포함한다.
케이싱부(310)는 베드(11)의 상부 측면에 수직방향으로 배치되며, 외부로 노출된 생검침결합홈(315a)에 생검침모듈(100)이 결합된 후 이동되게 지지한다. 케이싱부(310)는 케이싱본체(311)와, 케이싱본체(311)의 후단에 결합되며 케이싱본체(311)와 위치조절로봇(400)을 연결시키는 로봇결합캡(313)과, 케이싱본체(311)와 로봇결합캡(313)의 상면을 덮는 커버(315)와, 케이싱본체(311)의 전방에 결합되는 전방캡(317)을 포함한다.
케이싱본체(311)는 내부에 트리거모듈(320)과 모듈이송구동부(330)의 모듈이송축(333)과 외부바늘구동부(340)의 외부바늘구동축(343)이 수용된다. 케이싱본체(311)에는 도 5에 도시된 바와 같이 모듈이송축(333)과 외부바늘구동축(343)이 상하로 나란하게 위치되고, 모듈이송축(333)과 외부바늘구동축(343)을 관통하여 트리거모듈(320)이 좌우방향으로 이동되게 결합된다.
케이싱본체(311)의 후방에는 양측으로 한 쌍의 캡결합날개(311a)가 연장형성되어 로봇결합캡(313)과 결합된다. 케이싱본체(311)와 캡결합날개(311a)의 경계영역에는 후방벽(311b)이 형성되어 케이싱본체(311) 내부공간과 로봇결합캡(313) 내부의 공간을 분리한다.
로봇결합캡(313)은 케이싱본체(311)의 후단에 결합되며, 위치조절로봇(400)과 연결된다. 로봇결합캡(313)은 내부에 모듈이송구동부(330)의 모듈이송모터(331)와 외부바늘구동부(340)의 외부바늘구동모터(341)가 수용된다.
로봇결합캡(313)의 후방 양측에는 상부암피봇축(313a)과 하부암피봇축(313b)이 각각 구비된다. 도 18에 도시된 바와 같이 상부암피봇축(313a)은 위치조절로봇(400)의 상부암피봇축커넥터(470)와 결합되고, 하부암피봇축(313b)은 하부암피봇축커넥터(460)와 결합되어 상부슬라이딩암(430)과 하부슬라이딩암(420)의 길이변화를 전달받는다. 이에 의해 케이싱부(310)는 상하 방향으로 틸팅되며 생검침모듈(100)의 바늘부(110)가 생검부위(M)로 삽입되는 높이를 조절하게 된다
전방캡(317)은 케이싱본체(311)의 전방에 결합된다. 전방캡(317)에는 생검침모듈(100)의 바늘절곡프레임(120)이 안착되어 바늘부(110)가 절곡되어 생검부위(M)로 삽입될 수 있게 지지한다.
커버(315)는 케이싱본체(311)와 로봇결합캡(313)의 상부를 덮는다. 커버(315)는 케이싱부(310)에 수용된 모듈이송축(333)과 외부바늘구동축(343) 및 트리거모듈(320)은 은폐하고 생검침모듈(100)만 트리거모듈(320)에 장착될 수 있게 한다. 이를 위해 커버(315)에는 생검침결합홈(315a)이 절개되고, 절개된 생검침결합홈(315a)을 통해 생검침모듈(100)이 결합된다.
시술자는 도 7에 도시된 바와 같이 생검침결합홈(315a)을 통해 외부로 노출된 트리거모듈(320)의 내부바늘리브삽입홈(321-1)과 외부바늘리브삽입홈(325a)에 내부바늘고정리브(114)와 외부바늘고정리브(112)를 삽입하고, 락킹부재(150)를 가압한 후 락킹버튼(151)을 생검침결합홈(315a)의 내벽면에 형성된 버튼결합홈(315b)에 끼워 생검침모듈(100)과 엔드이펙터(300)의 결합을 완료할 수 있다.
트리거모듈(320)은 생검침모듈(100)의 외부바늘고정리브(112)와 내부바늘고정리브(114)에 결합되어 모듈이송구동부(330)와 외부바늘구동부(340)의 구동력에 의해 외부바늘(111)과 내부바늘(113)이 전후 이동되게 지지한다.
트리거모듈(320)은 도 8에 도시된 바와 같이 모듈본체(321)와, 모듈본체(321)의 후방에 결합되는 후방블럭(323)과, 모듈본체(321)의 전방에 결합되는 전방블럭(324)과, 모듈본체(321)의 상부에 이동가능하게 결합되며 외부바늘고정리브(112)와 결합되는 외부바늘캐리어(325)와, 외부바늘구동부(340)의 외부바늘구동축(343)에 결합되어 외부바늘캐리어(325)를 후진시키는 핸들(326)과, 트리거모듈(320)의 하부에 결합되며 핸들(326)에 의해 후진한 외부바늘캐리어(325)의 위치를 고정하는 힌지(328)와, 트리거모듈(320)에 결합되어 힌지(328)에 의해 후진된 트리거모듈(320)을 전방으로 발진시켜 외부바늘(111)이 샘플조직(S)을 생검하게 하는 탄성부재(327a)를 포함한다.
모듈본체(321)는 상면에 생검침모듈(100)의 외부바늘고정리브(112)와 내부바늘고정리브(114)를 수용하고, 모듈이송축(333)과 외부바늘구동축(343)에 결합되어 모듈이송축(333)의 정역회전에 연동하여 케이싱부(310)를 전후로 이동된다. 모듈본체(321)의 전후이동에 연동하여 바늘부(110)도 전후진 하며 생검부위(M)로 삽입되거나 후진된다.
모듈본체(321)의 상면에는 내부바늘고정리브(114)가 삽입되는 내부바늘리브삽입홈(321-1)이 함몰 형성된다. 내부바늘리브삽입홈(321-1)의 전방에는 캐리어이동로(321-2)가 일정길이 형성된다. 캐리어이동로(321-2)에는 외부바늘고정리브(112)가 삽입되는 외부바늘캐리어(325)가 결합된다.
모듈본체(321)의 전방에는 탄성부재(327a)가 권취된 탄성부재지지축(327)이 결합되는 탄성축삽입공(321-3)이 관통형성된다, 또한, 모듈본체(321)의 하부에는 양측으로 모듈이송축(333)이 관통삽입되는 모듈이송축삽입공(321-4)과, 외부바늘구동축(343)이 관통삽입되는 외부바늘구동축삽입공(321-5)이 관통형성된다. 모듈이송축삽입공(321-4)에는 모듈이송축(333)에 대응되는 나사산이 형성되어 모듈이송축(333)의 정역회전에 연동하여 모듈본체(321)가 모듈이송축(333)을 따라 전후 이동한다.
또한, 모듈본체(321)의 외부바늘구동축삽입공(321-5)의 후방에는 외부바늘구동축(343)을 외부로 노출시키는 스크류관결합홈(321-6)이 구비된다. 스크류관결합홈(321-6)에는 외부바늘구동축(343)에 결합된 핸들이송스크류관(345)이 결합된다.
핸들이송스크류관(345)은 외부바늘구동축(343)에 고정결합되어 외부바늘구동축(343)의 정역회전을 표면에 나사결합된 핸들(326)로 전달하여 핸들(326)이 전후로 이동하게 한다.
후방블럭(323)은 모듈본체(321)의 후방에 결합되며 탄성부재지지축(327)과 핸들이송스크류관(345)의 위치를 고정한다. 후방블럭(323)은 모듈본체(321)가 후진할 때 후방벽(311b)과 접촉되며 후진을 제한한다.
전방블럭(324)은 모듈본체(321)의 전방에 결합되며 모듈이송축(333)을 회전가능하게 지지한다.
외부바늘캐리어(325)는 모듈본체(321)의 캐리어이동로(321-2)에 결합되며 핸들(326)의 전후 이동에 연동하여 캐리어이동로(321-2)를 따라 전후 이동한다. 도 9는 모듈본체(321)를 제외한 외부바늘캐리어(325) 주변의 결합구성을 확대도시한 확대도와 외부바늘캐리어(325)와 힌지(328) 및 핸들(326)을 각각 확대하여 도시한 분해사시도이다.
외부바늘캐리어(325)의 상면에는 생검침모듈(100)의 외부바늘고정리브(112)가 삽입고정되는 외부바늘리브삽입홈(325a)이 형성된다. 외부바늘캐리어(325)이 하부에는 캐리어이동로(321-2)를 따라 이동되는 이동블럭(325-2)이 일체로 구비된다. 이동블럭(325-2)의 내부에는 길이방향을 따라 관통형성되어 탄성부재지지축(327)이 삽입되는 캐리어탄성축삽입공(325-3)이 구비된다.
이동블럭(325-2)의 측면에는 길이방향을 따라 내측으로 함몰형성된 핸들이동레일(325-4)이 구비된다. 핸들이동레일(325-4)의 전방에는 전방힌지돌기(325-5)가 돌출 형성되고, 후방에는 이동제한스토퍼(325-6)가 돌출 형성된다.
핸들(326)은 외부바늘구동축(343)의 외주면에 고정결합된 핸들이송스크류관(345)에 나사결합되며, 외부바늘구동축(343)의 정역회전에 의해 전후로 이동되며 외부바늘캐리어(325)를 전후로 이동시킨다.
핸들(326)의 일측에는 이동블럭(325-2)을 향해 돌출 형성되어 핸들이동레일(325-4)을 따라 이동되며 외부바늘캐리어(325)를 가압하는 캐리어가압리브(326-1)가 구비된다. 캐리어가압리브(326-1)는 이동블럭(325-2)의 이동제한스토퍼(325-6)와 맞물리게 위치되고, 핸들이송스크류관(345)의 역회전에 의해 핸들(326)이 후진할 때 핸들(326)의 후진압력을 이동제한스토퍼(325-6)로 전달하여 외부바늘캐리어(325)가 후진하게 한다.
캐리어가압리브(326-1)의 선단에는 전방을 향해 경사지 형태로 힌지가압단(326-2)이 돌출형성된다. 힌지가압단(326-2)은 핸들(326)이 핸들이송스크류관(345)의 정회전에 의해 전진할 때 힌지(328)의 리브삽입경사면(328-4)에 삽입되어 힌지(328)를 하부로 가압한다.
힌지(328)는 모듈본체(321)의 바닥면에 결합된다. 모듈본체(321)의 바닥면에는 힌지(328)를 내부로 유입시키는 힌지유입공(미도시)이 절개형성된다. 힌지(328)는 하부로 절곡형성되어 모듈본체(321)의 바닥면에 결합되는 본체결합단(328-1)과, 후단 양측에 상부를 향해 돌출형성되는 측면돌기(328-3)와, 한 쌍의 측면돌기(328-3) 사이에 하부를 향해 경사지게 형성되는 리브삽입경사면(328-4)이 일체로 형성된다.
힌지(328)는 모듈본체(321)의 하부에 위치되고, 한 쌍의 측면돌기(328-3)는 핸들이동레일(325-4)을 따라 이동된다. 캐리어가압리브(326-1)에 의해 이동제한스토퍼(325-6)가 가압되어 외부바늘캐리어(325)가 전후 이동될 때, 측면돌기(328-3)는 핸들이동레일(325-4)을 따라 이동된다.
그리고, 모듈본체(321)에 고정된 힌지(328)의 위치가 고정된 상태에서 핸들(326)에 의해 외부바늘캐리어(325)만 후진될 때 도 14의 (c)에 도시된 바와 같이 측면돌기(328-3)의 후방으로 이동블럭(325-2)이 이동되고, 측면돌기(328-3)에 전방힌지돌기(325-5)가 걸려지며 외부바늘캐리어(325)의 위치가 고정된다. 즉, 한 쌍의 측면돌기(328-3)에 전방힌지돌기(325-5)가 걸려외부바늘캐리어(325)의 위치가 고정된다.
리브삽입경사면(328-4)은 핸들(326)의 전방 이동시에 힌지가압단(326-2)에 의해 가압되어 측면돌기(328-3)와 전방힌지돌기(325-5)의 걸림상태를 해제하게 한다.
도 14의 (d)에 도시된 바와 같이 측면돌기(328-3)에 걸려 외부바늘캐리어(325)의 위치가 고정된 상태엣 핸들(326)만 외부바늘구동축(343)의 정회전에 의해 전방으로 이동된다. 그리고, 핸들(326)의 힌지가압단(326-2)이 리브삽입경사면(328-4) 내부로 삽입된다. 경사면을 따라 힌지가압단(326-2)이 삽입되면서 리브삽입경사면(328-4)은 하부로 가압되고 리브삽입경사면(328-4)과 일체로 형성된 측면돌기(328-3)도 하부로 이동된다.
이에 측면돌기(328-3)에 걸림결합되어 있던 전방힌지돌기(325-5)의 걸림상태가 해제되어 도 14의 (e)에 도시된 바와 같이 외부바늘캐리어(325)가 전방으로 슛팅될 수 있다.
탄성부재지지축(327)은 후방블럭(323)으로부터 모듈본체(321)의 탄성축삽입공(321-3)을 통해 삽입되어 전방블럭(324)에 지지된다. 탄성부재지지축(327)의 외주연에는 탄성부재(327a)가 권취된다.
탄성부재지지축(327)에 결합된 탄성부재(327a)는 모듈본체(321) 내부에서 외부바늘캐리어(325)가 후진될 때 압축된다. 도 13의 (a)에 도시된 바와 같이 외부바늘캐리어(325)가 전진한 상태일 때 탄성부재(327a)는 초기 길이를 유지한다.
도 13의 (b)에 도시된 바와 같이 외부바늘캐리어(325)가 핸들(326)의 캐리어가압리브(326-1)의 가압에 의해 후진되면, 탄성부재(327a)는 후방블럭(323)과 외부바늘캐리어(325) 사이에 압축된다.
도 13의 (c)에 도시된 바와 같이 전방힌지돌기(325-5)가 측면힌지(328)에 걸림결합되어 있는 상태에서 탄성부재(327a)는 압축된 상태를 유지한다. 그리고, 도 13의 (d)에 도시된 바와 같이 전방힌지돌기(325-5)와 측면힌지(328)의 걸림상태가 해제되면 탄성부재(327a)가 초기길이로 복원되기 위해 탄성력을 작용하여 외부바늘캐리어(325)가 전방으로 빠르게 이동되며 슈팅된다.
모듈이송구동부(330)는 트리거모듈(320)을 전진 또는 후진시킨다. 모듈이송구동부(330)에 의해 트리거모듈(320)이 전진 또는 후진되면, 트리거모듈(320)에 결합된 내부바늘(113)과 외부바늘(111)도 함께 전진 또는 후진된다.
모듈이송구동부(330)는 모듈이송모터(331)와, 모듈이송모터(331)에 의해 정역회전되는 모듈이송축(333)을 포함한다. 모듈이송모터(331)는 케이싱부(310)의 로봇결합캡(313) 내부에 수용된다. 모듈이송모터(331)는 네비게이션(미도시)을 통한 시술자의 조작에 의해 정역동작된다.
모듈이송축(333)은 모듈이송모터(331)에 결합된 상태로 후방벽(311b)을 관통하여 트리거모듈(320)의 모듈이송축삽입공(321-4)에 삽입된 후 전방블럭(324)에 회전가능하게 결합된다. 모듈이송축(333)의 외주면에는 모듈이송축삽입공(321-4)과 대응되는 나사산이 형성된다. 이에 따라 모듈이송축(333)의 정역회전에 연동하여 트리거모듈(320)이 전진 또는 후진하게 된다.
외부바늘구동부(340)는 트리거모듈(320)에 결합된 외부바늘캐리어(325)를 트리거모듈(320)과 독립적으로 전후진시킨다. 외부바늘구동부(340)는 외부바늘구동모터(341)와, 외부바늘구동모터(341)에 결합된 외부바늘구동축(343)과, 외부바늘구동축(343)의 일부영역에만 결합된 핸들이송스크류관(345)을 포함한다.
외부바늘구동모터(341)는 모듈이송모터(331)의 일측에 로봇결합캡(313) 내부에 수용된다. 외부바늘구동축(343)은 외부바늘구동모터(341)와 결합되며 모듈본체(321)의 외부바늘구동축삽입공(321-5)에 관통합입된 후 전방블럭(324)에 회전가능하게 결합된다.
외부바늘구동축(343)은 외주면에 나사산이 없으며 외부바늘구동축삽입공(321-5) 내부에서 헛돌게 구비된다. 핸들이송스크류관(345)은 모듈본체(321)의 스크류관결합홈(321-6)에 대응되는 영역에서 외부바늘구동축(343)에 결합되어 핸들(326)이 핸들이동레일(325-4)의 길이(ℓ)만큼만 전후로 이동되게 구비된다.
핸들이동레일(325-4)의 길이(ℓ)는 캐리어이동로(321-2)를 따라 외부바늘캐리어(325)가 이동되는 거리에 해당된다.
도 10은 생검시술을 위한 생검침모듈(100)의 각 단계별 바늘부(110)의 위치를 도시한 예시도이고, 도 11은 생검침모듈(100)의 바늘부(110)가 엔드이펙터(300)에 결합된 후 생검부위(M)에 삽입되어 샘플조직(S)을 생검하는 과정을 도시한 예시도이이고, 도 12는 바늘부(110)의 각 단계별 엔드이펙터(300)의 평면구성을 도시한 예시도이고, 도 13은 각 단계별 엔드이펙터(300)의 저면구성을 도시한 예시도이고, 도 14는 각 단계별 엔드이펙터(300)의 측면구성을 도시한 예시도이다.
도 10의 (a)와 도 11의 (a)와 도 12의 (a)에 도시된 바와 같이 생검침모듈(100)이 엔드이펙터(300)에 결합되면 트리거모듈(320)은 케이싱본체(311)의 후방벽(311b)에 접촉되게 후진된 상태로 유지되고, 바늘부(110)는 바늘절곡프레임(120)의 내부에 수용된 상태로 위치된다.
이때, 도 14의 (a)에 도시된 바와 같이 핸들(326)의 캐리어가압리브(326-1)는 외부바늘캐리어(325)의 이동제한스토퍼(325-6)에 접촉된 상태로 유지된다.
이 상태에서 시술자는 베드(11)를 갠트리(13) 내부로 이동시키고, 환자의 생검부위의 촬영된 영상을 보면서 네비게이션(미도시)을 이용해 엔드이펙터(300)를 조작하고, 생검침모듈(100)의 바늘부(110)가 타겟 생검부위로 이동될 수 있게 위치를 조작한다. 시술자는 네비게이션(미도시)을 이용해 모듈이송모터(331)와 외부바늘구동모터(341)를 구동하여 내부바늘(113)과 외부바늘(111)이 생검부위(M)로 진입되는 깊이를 조절한다.
도 12의 (b)에 도시된 바와 같이 모듈이송모터(331)가 정방향으로 구동되면, 트리거모듈(320)이 전방을 향해 전진한다. 이에 도 10의 (b)에 도시된 바와 같이 바늘부(110)가 전진하고, 도 11의 (b)에 도시된 바와 같이 내부바늘(113)과 외부바늘(111)이 함께 생검부위(M) 내부로 침습한다.
이 때, 도 13의 (a)와 도 14의 (b)에 도시된 바와 같이 핸들(326)의 캐리어가압리브(326-1)는 외부바늘캐리어(325)의 이동제한스토퍼(325-6)에 접촉된 상태로 함께 전진한다.
도 11의 (b)에 도시된 바와 같이 생검부위(M) 내부로 바늘이 일정깊이 침습하면, 도 10의 (c)와 도 11의 (c)에 도시된 바와 같이 내부바늘(113)은 타겟위치(T)로 전진하고, 외부바늘(111)은 후진하며 내부바늘(113)의 생검홈(113b)을 개방한다.
이를 위해 도 12의 (c)에 도시된 바와 같이 모듈이송모터(331)는 정방향으로 회전하고 외부바늘구동모터(341)는 역방향으로 회전한다. 모듈이송모터(331)의 정방향 회전에 의해 모듈이송축(333)에 결합된 트리거모듈(320)과 내부바늘(113)은 전진한다. 반면, 도 13의 (c)에 도시된 바와 같이 외부바늘구동모터(341)의 역방향 회전에 의해 외부바늘구동축(343)이 역방향 회전되면, 핸들이송스크류관(345)에 결합된 핸들(326)이 후진된다.
핸들(326)이 후진되면서 캐리어가압리브(326-1)가 이동제한스토퍼(325-6)를 뒤로 가압하여 외부바늘캐리어(325)도 후진된다. 이 과정에서 도 14의 (c)에 도시된 바와 같이 후진한 외부바늘캐리어(325)의 전방힌지돌기(325-5)가 힌지(328)의 측면돌기(328-3)를 타고 넘어 측면돌기(328-3)에 걸려 위치가 고정된다.
외부바늘캐리어(325)가 후진되면서 탄성부재지지축(327)에 권취된 탄성부재(327a)가 후방블럭(323)과 외부바늘캐리어(325) 사이에 압축된 상태를 유지한다.
이 상태에서 도 12의 (d)에 도시된 바와 같이 모듈이송모터(331)는 멈추고, 외부바늘구동모터(341)는 정방향으로 회전한다. 이에 의해 핸들(326)이 핸들이송스크류관(345)을 따라 전방으로 이동한다.
전방으로 이동된 핸들(326)의 캐리어가압리브(326-1)에 돌출된 힌지가압단(326-2)이 도 13의 (c)와 도 14의 (d)에 도시된 바와 같이 힌지(328)의 리브삽입경사면(328-4) 내부로 삽입된다. 힌지가압단(326-2)이 경사진 리브삽입경사면(328-4)을 따라 내부로 이동되면서 리브삽입경사면(328-4)을 하부로 가압하고, 리브삽입경사면(328-4)과 일체로 형성된 측면돌기(328-3)가 하부로 가압된다.
측면돌기(328-3)가 가압되면서 하부로 탄성적으로 이동되고, 측면돌기(328-3)에 걸려있던 외부바늘캐리어(325)는 전방으로 슈팅된다.
외부바늘캐리어(325)가 전방으로 슈팅되면서 후진되어 있던 외부바늘(111)이 도 10의 (e)와 도 11의 (d)에 도시된 바와 같이 내부바늘(113)을 덮으며 전진한다.
외부바늘(111)이 탄성부재(327a)의 탄성력에 의해 슈팅되며 내부바늘(113)이 전진한 길이만큼 전진하며 외부바늘(111)의 선단에 형성된 절단면이 생검조직을 절단하게 된다.
이 과정에서 샘플조직(S)이 생검홈(113b)에 수용되고, 외부바늘(111)에 의해 덮혀져 생검과정이 완료될 수 있다.
생검이 완료된 바늘부(110)는 모듈이송모터(331)의 역방향 구동에 의해 후진하여 환자의 생검부위로부터 분리된다.
위치조절로봇(400)은 도 4와 도 5에 도시된 바와 같이 생검침모듈(100)이 결합된 엔드이펙터(300)를 수평방향(X축방향)으로 전진 또는 후진시키거나, 수직방향(Y축방향)으로 상하로 이동시켜 바늘부(110)가 생검부위(M)의 타겟위치(T)로 정확하게 삽입될 수 있게 한다.
위치조절로봇(400)은 베드(11)에 결합된 위치조절고정지그(500)에 결합되는 로봇케이싱(410)과, 로봇케이싱(410)의 하부와 상부에 각각 구비되어 엔드이펙터(300)의 상부암피봇축(313a)과 하부암피봇축(313b)에 결합되는 하부슬라이딩암(420) 및 상부슬라이딩암(430)과, 하부슬라이딩암(420)과 상부슬라이딩암(430)의 길이를 조절하는 하부암구동부(440) 및 상부암구동부(450)를 포함한다.
로봇케이싱(410)은 도 15에 도시된 바와 같이 위치조절고정지그(500)에 결합되어 베드(11)에 결합되는 생검침조작로봇장치(200)의 높이를 조절한다.
여기서, 도 16에 도시된 바와 같이 로봇케이싱(410)의 후방에는 원형의 지그결합돌기(411)가 돌출형성된다. 원형의 지그결합돌기(411)는 위치조절고정지그(500)의 어댑터(530)의 돌기끼움홈(531)에 끼움결합된다.
위치조절고정지그(500)는 베드(11)의 상면에 고정되는 판 상의 지그프레임(510)과, 지그프레임(510)의 양측에 결합되며 위치조절로봇(400)이 결합되는 수평방향 위치와 수직방향 위치를 조절하는 한 쌍의 위치조절프레임(520)과, 위치조절프레임(520)에 결합되어 로봇케이싱(410)과 결합되는 한 쌍의 어댑터(530)와, 어댑터(530)와 로봇케이싱(410)의 결합위치를 구속하는 한 쌍의 어댑터고정핸들(540)을 포함한다.
위치조절고정지그(500)는 제조사별로 상이한 규격을 갖는 의료영상장비(10)에 생검침조작로봇장치(200)가 호환되어 사용될 수 있게 한다.
여기서, 위치조절프레임(520) 및 어댑터(530)가 지그프레임(510)의 양측에 한 쌍으로 구비되는 것은 환자의 생검부위의 방향에 맞게 생검침조작로봇장치(200)가 좌측 또는 우측에 결합될 수 있게 하기 위함이다.
한 쌍의 지그프레임(510)은 도 3에 도시된 바와 같이 환자(A)가 베드(11)에 누울 때 환자(A)의 머리 위 쪽에 배치되어 환자(A)가 영상촬영을 하는 것에 간섭을 가하지 않는 위치에 구비된다.
지그프레임(510)의 상면 양측에는 판면으로부터 함몰형성된 안착홈(511)이 일정면적 구비된다. 도 16에 도시된 바와 같이 지그프레임(510)의 전면에는 위치조절프레임(520)이 지그프레임(510)에 수평방향으로 결합되는 위치를 표시하는 수평방향결합위치표시눈금(513)이 구비된다.
위치조절프레임(520)은 수직방향으로 일정 높이를 갖게 구비되며, 하부에 양측으로 결합플랜지(521)가 구비된다. 결합플랜지(521)에는 일정길이 절개된 결합폭조절슬릿(521a)이 구비되고, 결합폭조절슬릿(521a)에는 결합폭조절나사(521b)가 삽입된다.
결합폭조절나사(521b)는 결합폭조절슬릿(521a)을 관통하여 지그프레임(510)에 고정된다. 이 때, 시술자는 수평방향결합위치표시눈금(513)을 확인하여 환자(A)의 생검이 용이한 위치에 결합폭조절나사(521b)를 고정한다.
위치조절프레임(520)의 후방에는 높이방향을 따라 수직높이조절슬릿(523)이 형성되고, 수직높이조절슬릿(523)에는 수직방향결합높이조절나사(523a)가 삽입된다. 수직높이조절슬릿(523)은 어댑터(530)를 관통하여 결합된다.
수직높이조절슬릿(523)과 수직방향결합높이조절나사(523a)에 의해 어댑터(530)가 결합되는 수직높이가 조절된다. 이 때, 위치조절프레임(520)에는 수직방향결합높이표시눈금(524)이 형성되어 어댑터(530)가 결합되는 높이를 정확하게 조절할 수 있다.
어댑터(530)는 후방은 위치조절프레임(520)에 수직방향결합높이조절나사(523a)에 의해 결합되고, 전방은 위치조절로봇(400)의 로봇케이싱(410)에 결합된다. 어댑터(530)에는 돌기끼움홈(531)이 반원형상으로 형성되어 내부에 원형의 지그결합돌기(411)가 삽입 고정되게 한다.
이러한 위치조절고정지그(500)에 의해 생검침조작로봇장치(200)의 위치조절로봇(400)이 수평방향으로 결합되는 위치와 수직방향 결합높이가 조절되어 다양한 종류의 의료영상장비(10)의 베드에 본 발명의 생검시스템(1)이 호환되어 결합될 수 있다.
위치조절로봇(400)의 로봇케이싱(410)의 전방에는 도 15에 도시된 바와 같이 상부암노출공(413)과 하부암노출공(415)이 각각 형성된다. 상부암노출공(413)에는 상부슬라이딩암(430)이 엔드이펙터(300)를 향해 노출되고, 하부암노출공(415)에는 하부슬라이딩암(420)이 엔드이펙터(300)를 향해 노출된다.
로봇케이싱(410)의 전방에는 내부를 덮는 로봇전방커버(417)가 구비되고, 로봇케이싱(410)의 후방에는 하부암구동부(440)와 상부암구동부(450)의 구동모터(441,451)와 전동수단(447,457)을 수용하는 모터캡(419)이 구비된다.
로봇전방커버(417)와 모터캡(419)은 내부의 구동수단들을 외부로 은폐하여 의료영상장비 구동시 소음발생을 줄이고 먼지 발생을 줄이며, 베드(11)에 누워있는 환자의 위험상황을 방지한다.
도 17은 위치조절로봇(400)의 내부구성을 도시한 도면이다. 도시된 바와 같이 하부슬라이딩암(420)과 상부슬라이딩암(430)은 각각 하부암피봇축커넥터(460)와 상부암피봇축커넥터(470)를 통해 엔드이펙터(300) 후방의 상부암피봇축(313a)과 하부암피봇축(313b)에 연결된다.
하부슬라이딩암(420)과 상부슬라이딩암(430)은 각각 하부암구동부(440)와 상부암구동부(450)에 의해 로봇케이싱(410)의 외부로 노출되는 길이가 가변되며 엔드이펙터(300)를 X축방향으로 전진 또는 후진시키거나, Y축방향으로 상승 또는 하강시킨다.
하부암구동부(440)와 상부암구동부(450)는 각각 네비게이션부(미도시)에 의해 정역동작되는 하부암구동모터(441) 및 상부암구동모터(451)와, 하부암구동모터(441)와 상부암구동모터(451)에 의해 정역회전하는 하부암구동축(443) 및 상부암구동축(453)과, 하부암구동축(443)의 정역회전을 하부슬라이딩암(420)의 직선이동으로 변환하는 하부암이동너트(445)와, 상부암구동축(453)의 정역회전을 상부슬라이딩암(430)의 직선이동으로 변환하는 상부암이동너트(455)와, 하부암구동모터(441)와 상부암구동모터(451)의 정역회전을 하부암구동축(443)과 상부암구동축(453)으로 전달하는 하부암전동수단(447) 및 상부암전동수단(447)을 포함한다.
하부암전동수단(447)과 상부암전동수단(447)은 벨트나 기어 등 다양한 형태로 구현될 수 있다. 도면에 도시되지 않았으나 하부암구동축(443)과 상부암구동축(453)의 외주면에는 나사산이 형성되고, 하부암이동너트(445)와 상부암이동너트(455)는 하부암구동축(443)과 상부암구동축(453)에 나사결합된다. 이에 따라 하부암구동축(443)과 상부암구동축(453)의 정역회전에 따라 하부암이동너트(445)와 상부암이동너트(455)는 하부암구동축(443)과 상부암구동축(453)을 따라 전진 또는 후진한다.
하부암이동너트(445)와 상부암이동너트(455)가 전진하면 하부슬라이딩암(420)과 상부슬라이딩암(430)이 엔드이펙터(300) 외부로 노출되는 길이가 길어진다.
도 18은 하부슬라이딩암(420)과 상부슬라이딩암(430)이 엔드이펙터(300)의 하부암피봇축(313b)과 상부암피봇축(313a)에 하부암피봇축커넥터(460)와 상부암피봇축커넥터(470)에 의해 결합되는 과정을 도시한 분해사시도이다.
도시된 바와 같이 하부암피봇축커넥터(460)에는 하부암피봇축(313b)이 삽입되는 하부축삽입공(461)이 관통형성된다. 하부암피봇축커넥터(460)의 일측에는 하부암결합암(463)이 수평하게 연장형성된다. 하부슬라이딩암(420)의 일측에 하부암결합암(463)이 배치되고, 타측에 하부암결합커넥터(465)가 배치되고, 체결부재가 하부암결합암(463)과 하부슬라이딩암(420) 및 하부암결합커넥터(465)를 관통하여 삽입된다
하부암피봇축(313b)은 하부축삽입공(461)에 삽입된 상태로 로봇결합캡(313)의 하부피봇축삽입공(313-2)에 삽입되어 하부슬라이딩암(420)과 연결된다.
상부암피봇축(313a)도 동일한 방식으로 상부암피봇축커넥터(470)에 의해 상부슬라이딩암(430)과 연결된다.
여기서, 도 19에 도시된 바와 같이 하부암피봇축커넥터(460)의 하부축삽입공(461)은 하부암피봇축(313b)의 직경(R) 보다 큰 높이(h)를 갖는 타원형으로 형성되고, 상부암피봇축커넥터(470)의 상부축삽입공(471)은 상부암피봇축(313a)의 직경과 동일하게 형성된다.
이에 하부슬라이딩암(420)과 상부슬라이딩암(430)의 길이변화에 따라 하부암피봇축(313b)을 중심으로 엔드이펙터(300)의 케이싱부(310)가 상하로 틸팅될 수 있다.
도 20은 위치조절로봇(400)에 의한 엔드이펙터(300)의 수평위치 조절 및 상하위치 조절 과정을 도시한 예시도이다.
도 20의 (a)에 도시된 바와 같이 생검침모듈(100)이 엔드이펙터(300)에 결합되는 초기 상태에서 하부슬라이딩암(420)과 상부슬라이딩암(430)의 길이는 짧게 위치된다. 이 상태에서 하부암구동모터(441)와 상부암구동모터(451)가 동일하게 정방향 회전되면 하부암구동축(443)과 상부암구동축(453)에 결합된 하부슬라이딩암(420)과 상부슬라이딩암(430)이 동일한 길이로 전진한다.
하부슬라이딩암(420)과 상부슬라이딩암(430)이 동일한 길이로 전진하면, 엔드이펙터(300)는 수평방향으로만 전진된다.
반면, 도 20의 (b)에 도시된 바와 같이 상부슬라이딩암(430)의 전진길이가 하부슬라이딩암(420)의 전전길이 보다 길 경우, 엔드이펙터(300)가 하부방향으로 회동되며 생검침모듈(100)의 바늘부(110)가 하부로 하강된다.
또한, 도 20의 (c)에 도시된 바와 같이 하부슬라이딩암(420)의 전진길이가 상부슬라이딩암(430)이 전진길이 보다 길 경우, 엔드이펙터(300)가 상부방향으로 회동되며 생검침모듈(100)의 바늘부(110)가 상부로 상승된다.
이러한 메커니즘에 의해 바늘부(110)가 생검부위(M)로 X축방향위치(수평방향)와, Y축방향 위치(상하방향)가 조절된다. 또한, 절곡된 상태로 생검부위(M)로 삽입되는 바늘부(110)의 삽입깊이에 의해 Z축방향 위치가 조절된다.
따라서, 시술자는 촬영된 영상을 보고 타겟 생검위치로 바늘부(110)를 정확하게 삽입할 수 있게 된다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 생검침조작로봇장치는 엔드이펙터에 결합된 생검침모듈의 바늘부를 환자의 생검부위의 타겟위치로 정확하게 안내한다.
생검침조작로봇장치는 네비게이션부를 통해 시술자가 안내하는 타겟위치로 수평방향과 높이방향 및 깊이방향으로 정확하게 안내하여 정밀한 생검시술이 가능하게 한다.
또한, 높이조절고정지그에 의해 다양한 형태의 의료영상장비에 높이와 결합폭을 달리하여 결합할 수 있어 호환 사용될 수 있는 장점이 있다.
이상에서 설명된 본 발명의 생검침조작로봇장치의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
[부호의 설명]
1 : 생검시스템 10 : 의료영상장비
11 : 베드 13 : 갠트리
20 : 고정프레임 30 : 종래 생검침 디바이스
31 : 바늘 40 : 엔드이펙터
100 : 생검침모듈 110 : 바늘부
111 : 외부바늘 112 : 외부바늘고정리브
113 : 내부바늘 113a : 첨단
113b : 생검홈 114 : 내부바늘고정리브
120 : 바늘절곡프레임 130 : 바늘가이드
150 : 락킹부재 151 : 락킹버튼
153 : 버튼지지암 200 : 생검침조작로봇장치
300 : 엔드이펙터 310 : 케이싱부
311 : 케이싱본체 311a :캡결합날개
311b : 후방벽 313 : 로봇결합캡
313-1 : 상부피봇축삽입공 313-2 : 하부피봇축삽입공
313a : 상부암피봇축 313b : 하부암피봇축
315 : 커버 315a : 생검침결합홈
315b : 버튼결합홈 317 : 전방캡
320 : 트리거모듈 321 : 모듈본체
321-1 : 내부바늘리브삽입홈 321-2 : 캐리어이동로
321-3 : 탄성축삽입공 321-4 : 모듈이송축삽입공
321-5 : 외부바늘구동축삽입공 321-6 : 스크류관결합홈
323 : 후방블럭 324 : 전방블럭
325 : 외부바늘캐리어 325a : 외부바늘리브삽입홈
325-2 : 이동블럭 325-3 : 탄성축삽입공
325-4 : 핸들이동레일 325-5 : 전방힌지돌기
325-6 : 이동제한스토퍼 326 : 핸들
326-1 : 캐리어가압리브 326-2 : 힌지가압단
327 : 탄성부재지지축 327a : 탄성부재
328 : 힌지 328-1 : 본체결합단
328-3 : 측면돌기 328-4 : 리브삽입경사면
330 : 모듈이송구동부 331 : 모듈이송모터
333 : 모듈이송축 340 : 외부바늘구동부
341 : 외부바늘구동모터 343 : 외부바늘구동축
345 : 핸들이송스크류관 350 : 축지지판
400 : 위치조절로봇 410 : 로봇케이싱
411 : 지그결합돌기 413 : 상부암노출공
415 : 하부암노출공 417 : 로봇전방커버
419 : 모터캡 420 : 하부슬라이딩암
430 : 상부슬라이딩암 440 : 하부암구동부
441 : 하부암구동모터 443 : 하부암구동축
445 : 하부암이동너트 447 : 하부암전동수단
450 : 상부암구동부 451 : 상부암구동모터
453 : 상부암구동축 455 : 상부암이동너트
457 : 상부암전동수단 460 : 하부암피봇축커넥터
461 : 하부축삽입공 463 : 하부암결합암
465 : 하부암결합커넥터 470 : 상부암피봇축커넥터
471 : 상부축삽입공 473 : 상부암결합암
475 : 상부암결합커넥터 500 : 높이조절고정지그
510 : 지그프레임 511 : 안착홈
513 : 수평방향결합위치표시눈금 520 : 위치조절프레임
521 : 결합플랜지 521a : 결합폭조절슬릿
521b : 결합폭조절나사 523 : 수직높이조절슬릿
523a : 수직방향결합높이조절나사 524 : 결합높이표시눈금
530 : 어댑터 531 : 돌기끼움홈
540 : 어댑터고정핸들
A : 환자
M : 생검부위
T : 타겟위치
S : 샘플조직

Claims (5)

  1. 의료영상장비용 베드에 누워있는 환자의 생검부위로 생검침모듈의 바늘부가 삽입되어 샘플조직을 생검하도록 상기 생검침모듈을 조작하는 생검침조작로봇장치에 관한 것으로서,
    상기 생검침모듈(100)의 바늘부(110)는 외부바늘(111)과 내부바늘(113)이 서로 중첩되게 구비되고, 상기 내부바늘(113)의 후단에 고정결합된 내부바늘고정리브(114)와, 상기 내부바늘고정리브(114)의 전방에 구비되어 상기 외부바늘(111)의 후단에 고정결합된 외부바늘고정리브(112)를 포함하며,
    상기 베드(11)의 측면에 구비되며, 상기 내부바늘고정리브(114)와 상기 외부바늘고정리브(112)가 끼움결합되며 상기 내부바늘고정리브(114)와 상기 외부바늘고정리브(112)를 각각 전후 이동시켜 상기 바늘부(110)가 환자의 생검부위로 침습된 후 생검시술을 수행하게 하는 엔드이펙터(300)와;
    상기 엔드이펙터(300)의 후방에 일정길이 구비되어 상기 바늘부(110)가 생검부위의 타겟위치로 침습되게 상기 엔드이펙터(300)의 상기 베드에 대한 수평방향, 수직방향 및 삽입깊이를 조절하는 위치조절로봇(400)을 포함하는 것을 특징으로 하는 생검침조작로봇장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 엔드이펙터(300)는,
    상기 베드(11)의 측면에 수직하게 배치되는 케이싱부(310)와;
    상기 케이싱부(310)의 내부에 좌우로 이동가능하게 결합되고, 상기 생검침모듈(100)의 외부바늘고정리브(112)와 내부바늘고정리브(114)가 결합되며 상기 생검침모듈(100)을 이동시키는 트리거모듈(320)과;
    상기 트리거모듈(320)을 관통하여 상기 케이싱부(310)의 하부에 수평하게 구비되는 모듈이송축(333)과, 상기 모듈이송축(333)을 정역회전시키는 모듈이송모터(331)를 포함하며, 상기 모듈이송축(333)의 정역회전에 의해 상기 트리거모듈(320)을 생검부위로 전진 또는 후진시키고 상기 내부바늘(113)의 위치를 조절하는 모듈이송구동부(330)와;
    상기 모듈이송축(333)의 상부에 상기 외부바늘고정리브(112)와 결합되게 상기 트리거모듈(320)을 관통하여 수평하게 배치되는 외부바늘구동축(343)과, 상기 외부바늘구동축(343)을 정역회전시키는 외부바늘구동모터(341)를 포함하는 것을 특징으로 하는 생검침조작로봇장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 트리거모듈(320)의 상부에는 캐리어이동로(321-2)가 일정길이 형성되고, 상면에 상기 외부바늘고정리브(112)가 삽입되는 외부바늘리브삽입홈(325a)이 형성되고, 하부에 상기 캐리어이동로(321-2)를 따라 전후 이동가능하게 결합되며 하부 양측면에 내측으로 함몰형성된 핸들이동레일(325-4)이 형성된 이동블럭(325-2)이 일체로 구비된 외부바늘캐리어(325)와;
    상기 외부바늘구동축(343)의 경로상에 결합되며 외주면에 나사산이 형성되고 일측에 상기 핸들이동레일(325-4)을 따라 이동하며 상기 외부바늘캐리어(325)가 전후로 이동되게 가압하는 캐리어가압리브(326-1)가 돌출형성된 핸들(326)과; 상기 트리거모듈(320)의 하부에 결합되며, 상기 외부바늘캐리어(325)가 상기 핸들(326)에 의해 전후 이동될 때, 상기 외부바늘캐리어(325)의 전진위치 및 후진위치를 제한하는 힌지(328)와;
    상기 트리거모듈(320)의 내부를 관통하여 배치되는 탄성부재지지축(327)과, 상기 탄성부재지지축(327)의 외주면에 권취되어 상기 트리거모듈(320)의 후진시에 압축되며 상기 트리거모듈(320)이 전방으로 이동될 수 있는 탄성력을 제공하는 탄성부재(327a)를 포함하며,
    상기 핸들이동레일(325-4)의 전방에는 전방힌지돌기(325-5)가 외측으로 돌출형성되고, 후방에는 이동제한스토퍼(325-6)가 하부로 돌출형성되고,
    상기 힌지(328)의 후단 양측에는 상부로 돌출형성된 측면돌기(328-3)가 구비되고, 한 쌍의 측면돌기(328-3) 사이에는 우상향 방향으로 경사지게 형성된 리브삽입경사면(328-4)이 구비되고,
    상기 핸들(326)에 의해 상기 외부바늘캐리어(325)가 후진하면 상기 전방힌지돌기(325-5)가 상기 측면돌기(328-3)를 따라 이동된 후 상기 측면돌기(328-3)에 걸려 전방이동이 제한되고,
    상기 핸들(326)의 캐리어가압리브(326-1)의 선단은 상기 리브삽입경사면(328-4)에 대응되는 형상으로 형성되어 상기 외부바늘구동축(343)의 구동에 의해 상기 핸들(326)이 전진하며 상기 리브삽입경사면(328-4)에 상기 캐리어가압리브(326-1)가 삽입되며 상기 캐리어가압리브(326-1)를 가압하여 상기 전방힌지돌기(325-5)와 상기 측면돌기(328-3)의 걸림상태가 해제되는 것을 특징으로 하는 생검침조작로봇장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 케이싱부의 후방 하부와 상부에는 각각 하부암피봇축(313b)과 상부암피봇축(313a)이 구비되고,
    상기 위치조절로봇(400)은,
    상기 케이싱부(310)의 후방에 수직하게 배치된 로봇케이싱(410)과; 상기 로봇케이싱(410)의 하부에 수평하게 배치되는 하부암이동너트(455)을 갖는 하부암구동부(440)와;
    상기 로봇케이싱(410)의 상부에 수평하게 배치되는 상부암이동너트(455)을 갖는 상부암구동부(450)와;
    상기 하부암이동너트(455)과 상기 케이싱부(310)의 하부 후단을 수평하게 연결하는 하부슬라이딩암(420)과;
    상기 상부암이동너트(455)과 상기 케이싱부(310)의 상부 후단을 수평하게 연결하는 상부슬라이딩암(430)과;
    상기 하부슬라이딩암(420)과 상기 상부슬라이딩암(430)의 단부를 상기 하부암피봇축(313b) 및 상기 상부암피봇축(313a)과 연결하는 하부암피봇축커넥터(460) 및 상부암피봇축커넥터(470)를 포함하며,
    상기 하부암구동축(443)과 상기 상부암구동축(453) 각각의 길이변화는 상기 하부슬라이딩암(420)과 상기 상부슬라이딩암(430) 중 적어도 하나의 길이변화로 전달되고,
    상기 하부슬라이딩암(420)과 상기 상부슬라이딩암(430) 중 적어도 하나의 길이변화는 상기 하부암피봇축(313b)과 상기 상부암피봇축(313a)에 대한 상기 케이싱부(310)의 상하방향 틸팅으로 전환될 수 있는 것을 특징으로 하는 생검침조작로봇장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 베드(11)에 환자의 머리 보다 위쪽에 결합되어 상기 위치조절로봇(400)이 상기 베드(11)에 결합되는 수평방향 위치 및 수직방향 높이를 하는 위치조절고정지그(500)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 생검침조작로봇장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102653500B1 (ko) * 2023-11-27 2024-04-02 주식회사 큐어인 생검침조작로봇장치의 엔드이펙터용 트리거모듈

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110152883A1 (en) * 2007-03-19 2011-06-23 Hansen Medical, Inc. Apparatus systems and methods for flushing gas from a catheter of a robotic catheter system
KR20160125568A (ko) * 2015-04-21 2016-11-01 울산대학교 산학협력단 생검 바늘 엔드이펙터
KR20180124152A (ko) * 2011-05-03 2018-11-20 데비코어 메디컬 프로덕츠, 인코포레이티드 매니폴드 정렬 특징부 및 조직 센서를 지니는 생검장치
KR20190075085A (ko) * 2016-10-10 2019-06-28 쓰리디바이옵시 인코포레이티드 생검 액추에이터 조립체
KR102348720B1 (ko) * 2021-07-06 2022-01-07 재단법인 대구경북첨단의료산업진흥재단 니들 가이드 및 이를 포함하는 생검 시술 장치

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101551311B1 (ko) * 2013-08-21 2015-09-08 한국기계연구원 피스톨식 생검 장치
KR101844649B1 (ko) * 2015-04-27 2018-04-02 국립암센터 굴곡형 바늘 디바이스 및 이를 이용한 실시간 생검 로봇 시스템

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110152883A1 (en) * 2007-03-19 2011-06-23 Hansen Medical, Inc. Apparatus systems and methods for flushing gas from a catheter of a robotic catheter system
KR20180124152A (ko) * 2011-05-03 2018-11-20 데비코어 메디컬 프로덕츠, 인코포레이티드 매니폴드 정렬 특징부 및 조직 센서를 지니는 생검장치
KR20160125568A (ko) * 2015-04-21 2016-11-01 울산대학교 산학협력단 생검 바늘 엔드이펙터
KR20190075085A (ko) * 2016-10-10 2019-06-28 쓰리디바이옵시 인코포레이티드 생검 액추에이터 조립체
KR102348720B1 (ko) * 2021-07-06 2022-01-07 재단법인 대구경북첨단의료산업진흥재단 니들 가이드 및 이를 포함하는 생검 시술 장치

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